JP2002305254A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2002305254A
JP2002305254A JP2001106939A JP2001106939A JP2002305254A JP 2002305254 A JP2002305254 A JP 2002305254A JP 2001106939 A JP2001106939 A JP 2001106939A JP 2001106939 A JP2001106939 A JP 2001106939A JP 2002305254 A JP2002305254 A JP 2002305254A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mos transistor
conductivity type
circuit
semiconductor device
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001106939A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Oonakamichi
崇浩 大中道
Satoshi Yamakawa
聡 山川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2001106939A priority Critical patent/JP2002305254A/en
Priority to US09/946,492 priority patent/US6600198B2/en
Publication of JP2002305254A publication Critical patent/JP2002305254A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823828Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes
    • H01L21/82385Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes gate conductors with different shapes, lengths or dimensions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823871Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS interconnection or wiring or contact manufacturing related aspects
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0266Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that has high ESD breakdown voltages against all surge cases without causing any malfunction, and to provide a method of manufacturing the device. SOLUTION: This semiconductor device is provided with an internal circuit, an input/output pad, and a branch circuit 27 which is connected to a lead-in wire 35 connecting the internal circuit and input/output pad to each other and outputs electric signals, corresponding to the electric signals impressed upon the wire 35 from its first and second terminals. The device is also provided with a clamp circuit constituted of a MOS transistor 28 which interrupts electrical communication when the absolute value of the difference between the voltage of an electric signal traveling from one terminal side and that of another electrical signal, traveling from the other terminal side is lower than a threshold voltage and realizes electrical communication, when the absolute value is equal to or higher than the threshold voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、より具体的には、放電現象等の突
発的高電圧(サージ)の発生に対して高い耐性を有する
高周波用のシリコンMOSFET(Metal Oxide Semicon
ductor Field Effect Transistor)を含む半導体装置お
よびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a high-frequency silicon MOSFET having high resistance to generation of sudden high voltage (surge) such as a discharge phenomenon. (Metal Oxide Semicon
The present invention relates to a semiconductor device including a ductor field effect transistor) and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話の普及や、無線LAN(L
ocal Area Network)の実用化にともない、これら電子装
置の高性能化、小型化、低コスト化を実現するために欠
くことのできない高周波半導体デバイスが大きな関心を
集めている。これら高周波半導体デバイスを構成する材
料には、従来、高い電子移動度を持つGaAs等のII
I-V族化合物半導体が、主に用いられてきた。しか
し、近年、シリコンMOSトランジスタの微細化が急激
に進み、0.2μmを切るゲート長を持つMOSトラン
ジスタの作製が可能となってきた。このような微細ゲー
ト長を持つシリコンMOSトランジスタは、トランスコ
ンダクタンスGmがいちじるしく向上し、高周波特性が
向上するため、ギガヘルツ帯の高周波デバイスにも適用
可能となってきている。しかしながら、高周波デバイス
に用いるためにゲート長を短くしたシリコンMOSトラ
ンジスタは、GaAs等を用いた従来の素子に比べて、
サージに対する耐性が低くなる。このため、静電放電等
のサージの発生に対処する方策を備える必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, the spread of mobile phones and the use of wireless LAN (L
With the practical use of an ocal area network), high-frequency semiconductor devices, which are indispensable for realizing higher performance, smaller size, and lower cost of these electronic devices, have attracted great interest. Conventionally, materials constituting these high-frequency semiconductor devices include IIs such as GaAs having high electron mobility.
Group IV compound semiconductors have been mainly used. However, in recent years, miniaturization of silicon MOS transistors has rapidly advanced, and it has become possible to manufacture MOS transistors having a gate length of less than 0.2 μm. The silicon MOS transistor having such a fine gate length has a remarkably improved transconductance Gm and an improved high-frequency characteristic, and is therefore applicable to gigahertz-band high-frequency devices. However, a silicon MOS transistor having a shortened gate length for use in a high-frequency device has a smaller size than a conventional device using GaAs or the like.
Resistance to surge is reduced. For this reason, it is necessary to provide a measure for coping with the occurrence of surge such as electrostatic discharge.

【0003】次に、このような静電放電等の外乱に備え
る方策について説明する。静電気帯電した物体が他の物
体と接触し、それらの物体間で起こる放電現象は、ES
D(Electro Static Discharge)と呼ばれる。半導体素子
においてESDが生じると、その半導体素子に破損が生
じる場合がある。代表的なESDのモデルとしては、次
の3つのモデルがある。(a)帯電した人体から半導体
素子への放電をモデル化したHBM(Human Body Mode
l)、(b)帯電した装置から半導体素子への放電をモデ
ル化したMM(Machine Model)、(c)半導体素子自身
に帯電した電荷が接地された物体に放電される現象をモ
デル化したCDM(Charge Device Model)、の3種類が
ある。このうち、(a)HBMと、(c)CDMの電流
波形の例を図59に示す。図59より、HBMでは10
0nsという比較的長時間にわたって1A程度の電流ス
トレスが生じているが、CDMでは10A程度の高電流
ストレスが1nsという非常に短い時間内に生じること
が分る。いずれのモデルにおいても、短時間のうちに高
電流が流れることが分る。
Next, measures for preparing for such disturbances as electrostatic discharge will be described. An electrostatically charged object comes into contact with another object, and the discharge phenomenon that occurs between those objects is called ES
It is called D (Electro Static Discharge). When ESD occurs in a semiconductor element, the semiconductor element may be damaged. There are the following three models as typical ESD models. (A) HBM (Human Body Mode) modeling discharge from a charged human body to a semiconductor element
l), (b) MM (Machine Model) modeling the discharge from the charged device to the semiconductor device, and (c) CDM modeling the phenomenon that the charge charged in the semiconductor device itself is discharged to a grounded object. (Charge Device Model). FIG. 59 shows examples of the current waveforms of (a) the HBM and (c) the CDM. As shown in FIG.
It can be seen that a current stress of about 1 A is generated for a relatively long time of 0 ns, but a high current stress of about 10 A is generated within a very short time of 1 ns in the CDM. It can be seen that a high current flows in a short time in any of the models.

【0004】上述したように、ESDが発生すると、短
時間の間に高電流が半導体素子に印加されるため、ジュ
ール熱による溶解という熱的破壊が起きる。さらに、近
年、LSI(Large-Scale Integration)シリコンデバイ
スの主流であるMOSトランジスタ構造を用いた場合、
MOSトランジスタのゲート酸化膜にESDに起因する
高電界が印加され、絶縁破壊が発生するケースが発生し
ている。このESDに起因するゲート酸化膜の絶縁破壊
は、安価なシリコン半導体の利用の障害となるものであ
り、大きな問題となっている。上記ゲート酸化膜の絶縁
破壊を避けるために、入出力ピンと内部回路との間に各
種の保護回路を形成し、ESD発生の際に流れる高電圧
のサージが内部回路に伝達しないようにする対策がとら
れている。この保護回路はESD保護回路と呼ばれる。
なお、上記の入出力ピンとワイヤボンディングによって
接続されるシリコンウェハ上の対象物はパッドであるの
で、以後の説明において、入出力ピンの代わりに「入出
力パッド」の用語を用いる。
[0004] As described above, when ESD occurs, a high current is applied to a semiconductor element in a short time, so that thermal destruction such as melting by Joule heat occurs. Furthermore, in recent years, when a MOS transistor structure, which is the mainstream of LSI (Large-Scale Integration) silicon devices, is used,
In some cases, a high electric field due to ESD is applied to a gate oxide film of a MOS transistor, causing dielectric breakdown. The dielectric breakdown of the gate oxide film due to the ESD is an obstacle to the use of inexpensive silicon semiconductors, and is a serious problem. In order to avoid the dielectric breakdown of the gate oxide film, various protection circuits are formed between the input / output pins and the internal circuit, and measures are taken to prevent the high voltage surge that flows when ESD occurs from transmitting to the internal circuit. Has been taken. This protection circuit is called an ESD protection circuit.
Since the object on the silicon wafer connected to the input / output pins by wire bonding is a pad, the term “input / output pad” will be used instead of the input / output pin in the following description.

【0005】このESD保護回路として、オフ状態にし
たMOSトランジスタを入出力信号線に接続して構成さ
れる回路が用いられる場合が多い(M.D.Ker et. al.,IED
M,pp.889-892,1996)。図60に、オフ状態のMOSトラ
ンジスタをESD保護回路として用いた半導体装置の回
路図を示す。図60において、nチャネル型MOSトラ
ンジスタ117n(以下、nMOSと記す)と、pチャ
ネル型MOSトランジスタ117p(以下、pMOSと
記す)とはオフ状態である。nMOSのドレインDは入
出力信号線に接続され、そのゲートGと、ソースSと、
p導電型ウェル(以下、pウェル)Wとはともに接地さ
れている。また、pMOSのドレインDは入出力信号線
に接続され、そのゲートと、ソースと、nウェルとは外
部供給電圧(以下、Vddと記す)に接続されている。こ
れら2つのMOSトランジスタ117p,117nはオ
フ状態にあるため、通常の動作時にはなんら電流を流さ
ず、通常のデバイス動作に影響を及ぼすことはない。
As the ESD protection circuit, a circuit configured by connecting an off-state MOS transistor to an input / output signal line is often used (MDKer et. Al., IED).
M, pp. 889-892, 1996). FIG. 60 is a circuit diagram of a semiconductor device using an off-state MOS transistor as an ESD protection circuit. In FIG. 60, an n-channel MOS transistor 117n (hereinafter, referred to as nMOS) and a p-channel MOS transistor 117p (hereinafter, referred to as pMOS) are off. The drain D of the nMOS is connected to an input / output signal line, and its gate G, source S,
The p-conductivity type well (hereinafter, p-well) W is grounded. The drain D of the pMOS is connected to an input / output signal line, and its gate, source, and n-well are connected to an external supply voltage (hereinafter, referred to as Vdd). Since these two MOS transistors 117p and 117n are in the OFF state, no current flows during normal operation, so that normal device operation is not affected.

【0006】一方、ESDに起因する高電圧のサージが
入出力パッドから流入すると、上記pMOSおよびnM
OSには、次に説明する寄生バイポーラトランジスタ動
作が起こり、ドレインからソースへ高電流を流す経路が
形成される。図61に、上記のMOSトランジスタの寄
生バイポーラトランジスタ動作を説明する図を示す。こ
こでは、正電圧のサージがnMOSのドレインに入るこ
とを想定している。まず、シリコン基板101に形成さ
れたドレインDのn+拡散層に正電圧サージが印加さ
れ、その電圧が大きくなると、逆方向バイアスされたn
+拡散層のpn接合がブレークダウンを起こし、衝突電
離(インパクトイオン化)現象により多量の電子・正孔
対が発生する。発生した電子・正孔対のうち、電子は正
電圧に印加されたドレインDに、また、正孔は接地され
たpウェルWへと流れる。
On the other hand, when a high voltage surge caused by ESD flows from the input / output pad, the pMOS and nM
In the OS, a parasitic bipolar transistor operation described below occurs, and a path for flowing a high current from the drain to the source is formed. FIG. 61 is a view for explaining the operation of the parasitic bipolar transistor of the MOS transistor. Here, it is assumed that the surge of the positive voltage enters the drain of the nMOS. First, a positive voltage surge is applied to the n + diffusion layer of the drain D formed on the silicon substrate 101, and when the voltage increases, the reverse biased n
+ The pn junction of the diffusion layer causes breakdown, and a large number of electron-hole pairs are generated due to the impact ionization (impact ionization) phenomenon. Among the generated electron-hole pairs, the electrons flow to the drain D applied with a positive voltage, and the holes flow to the grounded p-well W.

【0007】ここで、正孔がpウェルに流れることによ
り生じる電流の大きさをIholeとし、pウェルの抵抗値
をRsubとすると、Ihole・Rsubの電圧降下がpウェル
の深さ方向に起きる。この電圧降下により、pウェル内
に電位差が生じ、nMOSのゲート直下の浅い位置のp
ウェル領域の電位が正電位に上昇する。このとき、ドレ
インのn+拡散層と、ゲート直下の浅いpウェル領域
と、ソースのn+拡散層とによって、npn寄生バイポ
ーラトランジスタが形成される。このnpn寄生バイポ
ーラトランジスタにおいて、ドレインのn+拡散層とゲ
ート下の浅いpウェル領域との接合部に逆バイアス電圧
が、またゲート下の浅いpウェル領域とソースn+拡散
層との接合部に正バイアス電圧が印加される。この電圧
印加により、寄生npnバイポーラトランジスタがオン
状態となる。
[0007] Here, the magnitude of the current which holes caused by flowing to the p-well and I hole, and the resistance value of the p-well and R sub, voltage drop depth of the p-well of I hole · R sub Get up in the direction. Due to this voltage drop, a potential difference is generated in the p-well, and the p-well at a shallow position immediately below the gate of the nMOS is formed.
The potential of the well region rises to a positive potential. At this time, an npn parasitic bipolar transistor is formed by the drain n + diffusion layer, the shallow p-well region immediately below the gate, and the source n + diffusion layer. In this npn parasitic bipolar transistor, a reverse bias voltage is applied to the junction between the drain n + diffusion layer and the shallow p well region below the gate, and the reverse bias voltage is applied to the junction between the shallow p well region below the gate and the source n + diffusion layer. A positive bias voltage is applied. By this voltage application, the parasitic npn bipolar transistor is turned on.

【0008】以上を要約すると、ゲートが接地され、オ
フ状態にあるnMOSは、ESD発生時、ドレインに正
電圧が印加されると、npn寄生バイポーラトランジス
タがオン状態となり、大電流を流すことが可能となる。
In summary, in an nMOS in which the gate is grounded and in the off state, when a positive voltage is applied to the drain when an ESD occurs, the npn parasitic bipolar transistor is turned on and a large current can flow. Becomes

【0009】また、負電圧のサージがpMOSのドレイ
ンに入った場合も、上記と同様の動作が起こる。さら
に、正電圧がpMOSのドレインに入った場合は、pM
OSのドレインとnウェルとの接合部は順バイアス状態
となり、電流がnウェルへと流れる。この場合のオン動
作は、pMOSが、通常、予定している動作である。ま
た、負電圧のサージがnMOSのドレインに入った場合
も、順バイアス状態となり電流がpウェルに流れるの
で、pMOSと同様である。この場合も、nMOSが、
通常、予定しているオン動作である。
The same operation as described above occurs when a negative voltage surge enters the drain of the pMOS. Further, when a positive voltage enters the drain of the pMOS, pM
The junction between the drain of the OS and the n-well is in a forward bias state, and current flows to the n-well. The ON operation in this case is an operation that the pMOS normally expects. Also, when a negative voltage surge enters the drain of the nMOS, it is in the forward bias state and the current flows to the p-well. Also in this case, the nMOS
Usually, this is a planned ON operation.

【0010】上記のように、オフ状態のMOSトランジ
スタを用いたESD保護回路により、ESD発生時に大
電流をGND(接地)やVddに逃がすことができる。こ
の結果、内部回路に大電流が流れることを防ぎ、熱的破
壊およびゲート酸化膜の絶縁破壊を防ぐことが可能とな
る。
As described above, a large current can be released to GND (ground) or Vdd when an ESD occurs due to the ESD protection circuit using an off-state MOS transistor. As a result, it is possible to prevent a large current from flowing through the internal circuit and to prevent thermal breakdown and dielectric breakdown of the gate oxide film.

【0011】ここで、オフ状態のMOSトランジスタが
上記したようなESD保護機能を果たすためには、図6
2に示すように、これらMOSトランジスタのゲート電
極と、ソース、ドレイン拡散層のコンタクトとの距離d
を十分大きくとる必要がある。ゲート電極と、ソース、
ドレイン拡散層のコンタクトとの距離dは、たとえば、
5μm〜6μm確保する必要があるとする開示がある
(M.D.Ker et. al.,IEDM,pp.889-892,1996)。上記の距離
dを大きくとる理由は、距離dを大きくとることにより
抵抗が増大するため、サージがゲートに直接入ってゲー
トにストレスが加わる事態を避けるためと言われてい
る。
Here, in order for the off-state MOS transistor to perform the above-described ESD protection function, FIG.
As shown in FIG. 2, the distance d between the gate electrode of these MOS transistors and the contacts of the source and drain diffusion layers
Must be large enough. A gate electrode, a source,
The distance d between the drain diffusion layer and the contact is, for example,
There is a disclosure that it is necessary to secure 5 μm to 6 μm.
(MDKer et. Al., IEDM, pp. 889-892, 1996). It is said that the reason for increasing the distance d is to avoid a situation in which the surge is directly applied to the gate and a stress is applied to the gate because the resistance is increased by increasing the distance d.

【0012】コンタクトの直径をcとすると、ゲート電
極で挟まれるソース、ドレイン拡散層の幅は、2d+c
となる。このため、上記の距離dを大きくとる必要があ
るESD保護に用いられるMOSトランジスタでは、ソ
ース、ドレイン拡散層の幅も大きくなる。たとえば、
0.2μmのデザインルールでは、cは0.2μmであ
ることが一般的なので、ソース、ドレイン拡散層の幅
(2d+c)は、10.2μm〜12.2μmと大きく
なる。したがって、たとえば、十分なESD保護機能を
実現するためには、MOSトランジスタのゲート幅は最
低100μm必要となる。0.2μmデザインルールに
おける一般的な単位面積当りのソース/ドレイン拡散層
の寄生容量、すなわち、ソース、ドレイン拡散層と、ウ
ェルとのpn接合の空乏層容量は、1fF/μm2であ
る。したがって、ESD保護素子として使用するMOS
トランジスタのソース、ドレイン拡散層とシリコン基板
(ウェル)との間に形成される寄生容量は、1.02p
F〜1.22pFとなり、非常に大きいことが分る。
Assuming that the diameter of the contact is c, the width of the source and drain diffusion layers sandwiched between the gate electrodes is 2d + c
Becomes For this reason, in the MOS transistor used for the ESD protection in which the distance d needs to be large, the width of the source and drain diffusion layers also becomes large. For example,
According to the 0.2 μm design rule, c is generally 0.2 μm, so that the width (2d + c) of the source / drain diffusion layers is as large as 10.2 μm to 12.2 μm. Therefore, for example, in order to realize a sufficient ESD protection function, the gate width of the MOS transistor needs to be at least 100 μm. The general parasitic capacitance of the source / drain diffusion layer per unit area in the 0.2 μm design rule, that is, the depletion layer capacitance of the pn junction between the source / drain diffusion layer and the well is 1 fF / μm 2 . Therefore, MOS used as an ESD protection element
The parasitic capacitance formed between the source and drain diffusion layers of the transistor and the silicon substrate (well) is 1.02 p
F to 1.22 pF, which is very large.

【0013】上記のように、ESD保護素子の非常に大
きい寄生容量は、半導体メモリやロジックデバイスにお
いては、問題になることはなかった。しかしながら、シ
リコンMOSトランジスタを用いた高周波デバイスで
は、この寄生容量が大きな問題となる。容量Cのインピ
ーダンスZの大きさ|Z|は、1/(2πfC)で表わされ
るので、高周波となり周波数fが大きくなると、容量C
のインピーダンスの大きさ|Z|は小さくなることが分
る。また、容量Cが大きいと、容量Cのインピーダンス
の大きさ|Z|は、さらに小さくなる。すなわち、大きい
ソース、ドレイン拡散層の容量が高周波信号線に接続さ
れていると、高周波においては、これらソース、ドレイ
ン拡散層のインピーダンスの大きさは非常に小さくな
る。また、半絶縁性の高抵抗のシリコン基板は、GaA
s基板のような高品質なものが入手できないため、シリ
コン基板には低抵抗の基板を用いざるをえない。
As described above, the extremely large parasitic capacitance of the ESD protection element has not been a problem in semiconductor memories and logic devices. However, in a high-frequency device using a silicon MOS transistor, this parasitic capacitance becomes a serious problem. Since the magnitude | Z | of the impedance Z of the capacitor C is expressed by 1 / (2πfC), when the frequency becomes high and the frequency f increases, the capacitance C
It can be seen that the magnitude | Z | When the capacitance C is large, the magnitude | Z | of the impedance of the capacitance C is further reduced. In other words, when the large capacitance of the source and drain diffusion layers is connected to the high-frequency signal line, the magnitude of the impedance of these source and drain diffusion layers becomes extremely small at high frequencies. The semi-insulating high-resistance silicon substrate is made of GaAs.
Since a high-quality substrate such as an s substrate cannot be obtained, a low-resistance substrate must be used for the silicon substrate.

【0014】図63に、上記シリコン基板に形成された
MOSトランジスタを用いたESD保護回路の簡易等価
回路を示す。この図において、容量が接続されるシリコ
ン基板の抵抗も小さいため、高周波信号線に流れる高周
波信号の多くが、ESD保護のためのMOSトランジス
タに流れてしまう。このため、高周波信号の多くがシリ
コン基板の抵抗により損失されてしまう。
FIG. 63 shows a simplified equivalent circuit of an ESD protection circuit using MOS transistors formed on the silicon substrate. In this figure, since the resistance of the silicon substrate to which the capacitor is connected is small, most of the high-frequency signals flowing through the high-frequency signal line flow through the MOS transistor for ESD protection. Therefore, most of the high-frequency signals are lost due to the resistance of the silicon substrate.

【0015】上記のように、シリコンMOSトランジス
タを用いてESD保護素子を形成した場合には、高周波
信号に対して信頼性が高い高周波半導体デバイスを実現
することは非常に難しい。しかし、ESDに対する保護
は必要なので、いくつかの対策がなされてきた。次に、
これらの対策について説明する。
As described above, when an ESD protection element is formed using silicon MOS transistors, it is very difficult to realize a high-frequency semiconductor device having high reliability for high-frequency signals. However, since protection against ESD is necessary, several measures have been taken. next,
These measures will be described.

【0016】高周波信号の入出力パッドに入るESDサ
ージから内部回路を保護する場合、接地面の箇所に応じ
て、以下の4つのケースに対して保護を行なう必要があ
る。 (A)高周波信号入出力パッドに正電圧のESDサージ
が流入し、接地面がGNDピンであるケース (B)高周波信号入出力パッドに正電圧のESDサージ
が流入し、接地面がVddピンであるケース (C)高周波信号入出力パッドに負電圧のESDサージ
が流入し、接地面がGNDピンであるケース (D)高周波信号入出力パッドに負電圧のESDサージ
が流入し、接地面がVddピンであるケース 上記の従来のESD保護回路においては、ケース(A)
〜(D)のぞれぞれに対応して、次に示す動作によって
サージが接地面に流出され、内部回路が保護される。 (A)nMOSの拡散層のブレークダウンによって誘起
される寄生バイポーラ動作によってサージを接地面(G
NDピン)に流出させる。 (B)pMOSの拡散層のダイオード順方向動作によ
り、サージを接地面(Vddピン)に流出させる。 (C)nMOSの拡散層のダイオード順方向動作により
サージを接地面(GNDピン)に流出させる。 (D)pMOSの拡散層のブレークダウンによって誘起
される寄生バイポーラ動作によってサージを接地面(V
ddピン)に流出させる。
When protecting an internal circuit from an ESD surge entering a high frequency signal input / output pad, it is necessary to protect the following four cases depending on the location of the ground plane. (A) A case where a positive voltage ESD surge flows into the high frequency signal input / output pad and the ground plane is a GND pin. (B) A case where a positive voltage ESD surge flows into the high frequency signal input / output pad and the ground plane is the Vdd pin. Certain cases (C) A negative voltage ESD surge flows into the high frequency signal input / output pad and the ground plane is a GND pin. (D) A negative voltage ESD surge flows into the high frequency signal input / output pad and the ground plane is Vdd. Case that is a pin In the above conventional ESD protection circuit, the case (A)
In response to each of (D) to (D), a surge flows out to the ground plane by the following operation, and the internal circuit is protected. (A) A surge is caused by the parasitic bipolar operation induced by the breakdown of the diffusion layer of the nMOS to ground the ground plane (G
(ND pin). (B) The surge flows out to the ground plane (Vdd pin) by the diode forward operation of the pMOS diffusion layer. (C) The surge flows out to the ground plane (GND pin) by the forward operation of the diode of the diffusion layer of the nMOS. (D) The surge is caused by the parasitic bipolar operation induced by the breakdown of the diffusion layer of the pMOS and the ground plane (V
dd pin).

【0017】上記のケースのそれぞれにおける保護動作
から、MOSトランジスタの拡散層とウェルとの接合部
の逆方向電圧印加によるブレークダウンおよび順方向動
作の両方を利用して、内部回路の保護を行なっているこ
とが分る。
From the protection operation in each of the above cases, the protection of the internal circuit is performed by utilizing both the breakdown and the forward operation by applying a reverse voltage to the junction between the diffusion layer and the well of the MOS transistor. I know you are.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな保護動作において、拡散層の接合部の逆方向ブレー
クダウンを伴う動作を行なう際のESD保護能力が、順
方向動作のESD保護能力に比べていちじるしく低いこ
とが指摘されている(M-D Ker et. al.,IEEE J.Solid-St
ate Circuits,vol.35,No.8,pp.1194-1199,2000)。
However, in such a protection operation, the ESD protection capability at the time of performing the operation involving the reverse breakdown of the junction of the diffusion layer is lower than the ESD protection capability at the forward operation. (Ker et.al., IEEE J. Solid-St.
ate Circuits, vol. 35, No. 8, pp. 1194-1199, 2000).

【0019】このため、高周波信号入出力パッドの特性
に影響を及ぼさないように、次のような保護回路を形成
する手法が知られている。すなわち、Vdd線とGND線
との間に、ゲート幅を大きくしたpMOSトランジスタ
118pとnMOSトランジスタ118nとを配置する
回路が用いられる(図64)。上記ゲート幅は、高周波
信号入出力パッドに接続するpMOSトランジスタ11
7pおよびnMOSトランジスタ117nのそれより大
きくする。このような保護回路においては、上記のケー
スのそれぞれの場合、次のような保護動作がとられる。 (A)主に、pMOS117pの拡散層のダイオード順
方向動作によって、サージを、まず、Vdd線に流出させ
る。このため、上記サージは、ゲート幅が大きく、ES
D保護能力の高いpMOS118pに流入する。このp
MOS118pは、上記サージにより拡散層のブレーク
ダウンを生じ、寄生バイポーラ動作を引き起こされ、オ
ン状態となり上記サージの通過経路を形成する。その
後、上記サージは、上記pMOS118pに接続された
nMOS118nに流入し、そのnMOS118nにお
いて順方向動作を生じさせ、接地面GNDピンへと流出
する。 (B)pMOS117pの拡散層のダイオード順方向動
作によりサージを接地面(Vddピン)に流出させる。 (C)nMOS117nの拡散層のダイオード順方向動
作によりサージを接地面(GNDピン)に流出させる。 (D)主に、nMOS117nの拡散層のダイオード順
方向動作によって、サージを、まず、GND線に流出さ
せる。次いで、上記サージは、ゲート幅が大きく、ES
D保護能力が高いnMOS118nに流入する。このn
MOS118nは、上記サージにより拡散層のブレーク
ダウンを生じ、寄生バイポーラ動作を引き起こされオン
状態となり、上記サージの通過経路を形成する。その
後、上記サージは、上記nMOS118nに接続された
pMOS118pに流入し、そのpMOS118pにお
いて順方向動作を生じさせ、接地面Vddピンへと流出す
る。
For this reason, there is known a method of forming the following protection circuit so as not to affect the characteristics of the high frequency signal input / output pad. That is, a circuit is used in which a pMOS transistor 118p and an nMOS transistor 118n whose gate widths are increased are arranged between the Vdd line and the GND line (FIG. 64). The gate width is determined by the pMOS transistor 11 connected to the high-frequency signal input / output pad.
7p and nMOS transistor 117n. In such a protection circuit, the following protection operation is performed in each of the above cases. (A) The surge is first caused to flow out to the Vdd line mainly by the diode forward operation of the diffusion layer of the pMOS 117p. For this reason, the surge has a large gate width,
It flows into the pMOS 118p having a high D protection capability. This p
The MOS 118p causes breakdown of the diffusion layer due to the surge, causes a parasitic bipolar operation, and turns on to form a path for passing the surge. Thereafter, the surge flows into the nMOS 118n connected to the pMOS 118p, causes the nMOS 118n to perform a forward operation, and flows out to the ground plane GND pin. (B) The surge flows out to the ground plane (Vdd pin) by the diode forward operation of the diffusion layer of the pMOS 117p. (C) The surge flows out to the ground plane (GND pin) by the diode forward operation of the diffusion layer of the nMOS 117n. (D) The surge is first caused to flow out to the GND line by the diode forward operation of the diffusion layer of the nMOS 117n. Next, the above surge has a large gate width,
It flows into the nMOS 118n having a high D protection capability. This n
The MOS 118n causes the breakdown of the diffusion layer due to the surge, causes a parasitic bipolar operation, and turns on to form a path for passing the surge. Thereafter, the surge flows into the pMOS 118p connected to the nMOS 118n, causes a forward operation in the pMOS 118p, and flows out to the ground plane Vdd pin.

【0020】上記のように、Vdd線とGND線との間に
配置したMOSトランジスタ118p,118nのES
D保護機能を利用した場合においても、それらMOSト
ランジスタが、逆方向電圧印加によりブレークダウン動
作するケースがある。このため、上記のすべてのケース
に対して優れたESD保護特性を期待することはできな
い。
As described above, the ES of the MOS transistors 118p and 118n arranged between the Vdd line and the GND line.
Even when the D protection function is used, there are cases where these MOS transistors perform a breakdown operation by applying a reverse voltage. For this reason, excellent ESD protection characteristics cannot be expected in all of the above cases.

【0021】上記の問題を打開するために、図65に示
すように、Vdd線とGND線との間に過渡応答クランプ
回路128を配置する手法が提案された(M-D Ker et. a
l.,IEEE J.Solid-State Circuits,vol.35,No.8,pp.1194
-1199,2000)。このような回路によれば、すべてのケー
スにおいて、ダイオード順方向のみでサージの流出が実
現される。このため、ESD保護能力が向上し、高周波
信号入出力パッドに接続したESD保護回路MOSトラ
ンジスタのゲート幅をいちじるしく減少させることが可
能となる。上記過渡応答クランプ回路128の配置によ
り、高周波信号入出力パッドに付加される寄生容量が低
減され、従来のESD保護回路を取り付けた場合の高周
波特性のいちじるしい劣化を回避することができる。
In order to overcome the above problem, a method of arranging a transient response clamp circuit 128 between the Vdd line and the GND line as shown in FIG. 65 has been proposed (MD Ker et.a.
l., IEEE J. Solid-State Circuits, vol.35, No.8, pp.1194
-1199, 2000). According to such a circuit, in all cases, outflow of the surge is realized only in the forward direction of the diode. Therefore, the ESD protection capability is improved, and the gate width of the ESD protection circuit MOS transistor connected to the high frequency signal input / output pad can be significantly reduced. Due to the arrangement of the transient response clamp circuit 128, the parasitic capacitance added to the high frequency signal input / output pad is reduced, and it is possible to avoid remarkable deterioration of the high frequency characteristic when the conventional ESD protection circuit is attached.

【0022】上記の過渡応答クランプ回路を構成するn
MOSは、RC回路構成により波形の立ち上がりが急峻
なESDサージに対してのみ、即座にオン状態になる。
この結果、ESDサージのVdd線からGND線への流
出、またはGND線からVdd線への流出が可能になる。
また、上記の過渡応答クランプ回路は、高周波信号入出
力パッドに接続されたMOSトランジスタが逆方向ブレ
ークダウン動作を起こさない低電圧にてVdd線およびG
ND線の電圧をクランプすることができる。この結果、
ゲート幅を非常に狭くし、良好な高周波特性を確保した
うえで、すべてのケースに対してダイオード順方向動作
のみによってESD保護動作が実現される。
N which constitutes the above transient response clamp circuit
The MOS is immediately turned on only for an ESD surge whose waveform rises steeply due to the RC circuit configuration.
As a result, it is possible for the ESD surge to flow from the Vdd line to the GND line or from the GND line to the Vdd line.
Further, the above-mentioned transient response clamp circuit operates the Vdd line and the G line at a low voltage at which the MOS transistor connected to the high frequency signal input / output pad does not cause a reverse breakdown operation.
The voltage of the ND line can be clamped. As a result,
With a very narrow gate width and good high-frequency characteristics, the ESD protection operation is realized in all cases only by the diode forward operation.

【0023】また、ESDサージの流入時以外の通常動
作の際には、すなわち、Vdd電源ピンに通常の範囲のV
dd電圧が印加される場合、このVdd電圧の立ち上がり波
形は緩やかなため、過渡応答クランプ回路128はオン
しない。このため、通常動作の際には、Vdd線とGND
線との間はカットオフされるので、過渡応答クランプ回
路は通常動作時にはまったく影響しない。上記のよう
に、寄生容量を低減することができる過渡応答クランプ
回路付きESD保護回路は、高周波対応ESD保護回路
として非常に有用である。
Also, during normal operation other than the flow of the ESD surge, that is, the normal range of Vdd is applied to the Vdd power supply pin.
When the dd voltage is applied, the transient response clamp circuit 128 does not turn on because the rising waveform of the Vdd voltage is gentle. Therefore, during normal operation, the Vdd line and GND
Because the line is cut off, the transient response clamp circuit has no effect during normal operation. As described above, the ESD protection circuit with the transient response clamp circuit that can reduce the parasitic capacitance is very useful as a high frequency ESD protection circuit.

【0024】しかしながら、Vdd線に印加される信号の
波形立ち上がり急峻度のみが上記の過渡応答クランプ回
路128のスイッチング基準であるので、通常動作時に
おいて誤動作が発生する可能性がある。このような誤動
作は高周波デバイスの信頼性を損なうので、許容されな
い。このため、誤動作を生じる余地のない高い信頼性を
有するESD保護回路が求められていた。
However, since only the waveform steepness of the signal applied to the Vdd line is the switching reference of the transient response clamp circuit 128, a malfunction may occur during normal operation. Such a malfunction impairs the reliability of the high-frequency device and is not allowed. For this reason, there has been a demand for an ESD protection circuit having high reliability without any room for malfunction.

【0025】本発明の目的は、高周波用シリコンMOS
FETを含み、誤動作を生じることなくあらゆるサージ
のケースに高いESD耐性を有する半導体装置およびそ
の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a high-frequency silicon MOS.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device including an FET and having high ESD resistance to all surge cases without causing a malfunction, and a method of manufacturing the same.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体素子を含む内部回路と、内部回路の端子である入
出力パッドと、内部回路と入出力パッドとを接続する導
入線に接続され、導入線に印加される電気信号に対応し
た電気信号を第1および第2の端子から出力する分岐回
路と、第1の端子と第2の端子との間に配置されたMO
Sトランジスタによって構成されるクランプ回路とを備
える。このMOSトランジスタは、第1の端子の側から
伝わってくる電気信号の電圧と、第2の端子の側から伝
わってくる電気信号の電圧との差の絶対値がMOSトラ
ンジスタの閾値電圧未満の場合、第1の端子の側と第2
の端子の側との導通を遮断し、電圧の差の絶対値が閾値
電圧以上になったとき導通を実現し、内部回路にかかる
電圧が所定値を超えないようにクランプする(請求項
1)。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
An internal circuit including the semiconductor element, an input / output pad which is a terminal of the internal circuit, and an electric signal corresponding to an electric signal applied to the input line, which is connected to an introduction line connecting the internal circuit and the input / output pad. A branch circuit that outputs signals from the first and second terminals, and an MO disposed between the first and second terminals.
And a clamp circuit including an S transistor. This MOS transistor has a configuration in which the absolute value of the difference between the voltage of the electric signal transmitted from the first terminal and the voltage of the electric signal transmitted from the second terminal is smaller than the threshold voltage of the MOS transistor. , The first terminal side and the second
To the terminal side, and when the absolute value of the voltage difference exceeds the threshold voltage, conduction is realized, and the voltage applied to the internal circuit is clamped so as not to exceed a predetermined value. .

【0027】この構成により、通常動作時、分岐回路と
MOSトランジスタによって構成されるクランプ回路と
からなる保護回路は、サージが加えられたときにのみ、
そのサージを外に流出させることができる。このため、
内部回路にまったく影響することなく、内部回路を保護
することができる。また、MOSトランジスタの閾値電
圧をクランプ電圧に対応させることができるため、通常
動作時の信号電圧の大きさ、発生しやすいサージのピー
ク電圧などに応じて、任意の電圧をクランプ電圧として
設定することができる。この閾値電圧によるクランプ機
能のスイッチングは、従来行なわれていたサージの急峻
度などによらず、電圧値によってなされるので、確度は
非常に高く、保護回路として高い信頼性を有する。分岐
回路を逆バイアス、ブレークダウン等が生じないように
構成すれば、あらゆるサージのケースに対処して、内部
回路を万全に保護することができる。しかしながら、上
記の分岐回路においては、順バイアスの方向にサージが
伝達される場合に限定されず、ブレークダウンが生じる
ことにより逆バイアスの方向にサージが伝達される場合
も含まれる。
With this configuration, in the normal operation, the protection circuit including the branch circuit and the clamp circuit formed by the MOS transistor can operate only when a surge is applied.
The surge can flow out. For this reason,
The internal circuit can be protected without affecting the internal circuit at all. In addition, since the threshold voltage of the MOS transistor can be made to correspond to the clamp voltage, an arbitrary voltage may be set as the clamp voltage according to the magnitude of the signal voltage during normal operation, the peak voltage of a surge that is likely to occur, and the like. Can be. The switching of the clamp function by the threshold voltage is performed by the voltage value without depending on the steepness of the surge which has been conventionally performed, so that the accuracy is very high and the protection circuit has high reliability. If the branch circuit is configured so as not to cause reverse bias, breakdown, and the like, it is possible to cope with any case of surge and protect the internal circuit thoroughly. However, the above branch circuit is not limited to the case where the surge is transmitted in the forward bias direction, but also includes the case where the surge is transmitted in the reverse bias direction due to the occurrence of breakdown.

【0028】上記のクランプ回路は上記の機能を有する
かぎり、MOSトランジスタからのみ構成されるクラン
プ回路であってもよい。
The clamp circuit described above may be a clamp circuit composed of only MOS transistors as long as it has the above-mentioned functions.

【0029】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
MOSトランジスタがnチャネル型MOSトランジスタ
からなり、nチャネル型MOSトランジスタのドレイン
には第1の端子が、またソースには第2の端子がそれぞ
れ接続され、nチャネル型MOSトランジスタのゲート
とドレインとが接続され、nチャネル型MOSトランジ
スタのp導電型ウェルとソースとが接続されることがで
きる(請求項2)。また、同様に、MOSトランジスタ
がpチャネル型MOSトランジスタからなり、pチャネ
ル型MOSトランジスタのドレインには第1の端子が、
またソースには第2の端子がそれぞれ接続され、pチャ
ネル型MOSトランジスタのゲートとソースとが接続さ
れ、pチャネル型MOSトランジスタのn導電型ウェル
とドレインとが接続されることができる(請求項3)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
The MOS transistor is an n-channel MOS transistor, a first terminal is connected to the drain of the n-channel MOS transistor, a second terminal is connected to the source, and a gate and a drain of the n-channel MOS transistor are connected. The p-type well and the source of the n-channel MOS transistor can be connected to each other (claim 2). Similarly, the MOS transistor is a p-channel MOS transistor, and the drain of the p-channel MOS transistor has a first terminal,
The source is connected to the second terminal, the gate of the p-channel MOS transistor is connected to the source, and the n-conductivity well of the p-channel MOS transistor is connected to the drain. 3).

【0030】クランプ回路を構成するnMOSトランジ
スタまたはpMOSトランジスタの配線を上記のように
結線することにより、ドレインとソースとに印加される
電圧の差をゲートとチャネルとに印加される電圧の差と
することができる。この結果、クランプ回路の両端子
(ドレインおよびソース)に加えられる電位差であるク
ランプ電圧を、MOSトランジスタの閾値電圧とするこ
とができる。この結果、外部から加えられる信号の電圧
を、内部回路に導入しないでサージとして接地面に放出
するか、または信号として内部回路に導通させるか、閾
値電圧によって制御することが可能となる。
By connecting the wirings of the nMOS transistor or the pMOS transistor constituting the clamp circuit as described above, the difference between the voltages applied to the drain and the source becomes the difference between the voltages applied to the gate and the channel. be able to. As a result, the clamp voltage, which is the potential difference applied to both terminals (drain and source) of the clamp circuit, can be used as the threshold voltage of the MOS transistor. As a result, it is possible to control the voltage of the signal applied from the outside by discharging the voltage to the ground plane as a surge without introducing the voltage to the internal circuit or conducting the signal to the internal circuit as a signal, by controlling the threshold voltage.

【0031】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
nチャネル型MOSトランジスタの閾値電圧が、分岐回
路と外部電源とを接続する外部電源線に通常動作におい
て加えられている電圧よりも高いことが望ましい(請求
項4)。また、pチャネル型MOSトランジスタの閾値
電圧が、分岐回路と外部電源とを接続する外部電源線に
通常動作において加えられている電圧よりも高いことが
望ましい(請求項5)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
It is desirable that the threshold voltage of the n-channel MOS transistor is higher than the voltage applied in the normal operation to the external power supply line connecting the branch circuit and the external power supply. Further, it is desirable that the threshold voltage of the p-channel MOS transistor is higher than the voltage applied to the external power supply line connecting the branch circuit and the external power supply in the normal operation.

【0032】クランプ回路の閾値電圧を上記のように設
定することにより、通常動作時の信号に対してはまった
く影響せず、上記の閾値電圧以上の電圧をサージとして
外部に流出させることができる。閾値電圧はMOSトラ
ンジスタの構成を変えることにより任意に調整すること
ができるので、非常に容易に通常動作時の信号電圧とサ
ージ電圧の境界線を設定することができる。
By setting the threshold voltage of the clamp circuit as described above, it is possible to cause a voltage higher than the above-mentioned threshold voltage to flow out as a surge without affecting the signal during normal operation at all. Since the threshold voltage can be arbitrarily adjusted by changing the configuration of the MOS transistor, the boundary between the signal voltage and the surge voltage during normal operation can be set very easily.

【0033】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
nチャネル型MOSトランジスタのゲートがp導電型半
導体から構成されることができる(請求項6)。また
は、pチャネル型MOSトランジスタのゲートがn導電
型半導体から構成されることができる(請求項7)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
The gate of the n-channel type MOS transistor can be made of a p-type semiconductor. Alternatively, the gate of the p-channel MOS transistor can be made of an n-type semiconductor.

【0034】この構成により、ゲートとチャネルとの導
電型の違いに起因して仕事関数が大きくなり、容易に高
い閾値電圧Vthを得ることができる。
With this configuration, the work function is increased due to the difference in the conductivity type between the gate and the channel, and a high threshold voltage Vth can be easily obtained.

【0035】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
分岐回路は、導入線にともに接続されたpチャネル型M
OSトランジスタとnチャネル型MOSトランジスタと
から構成され、pチャネル型MOSトランジスタは、ソ
ースおよびドレインのうちのいずれか一方を導入線と接
続させ、他方をゲートとn導電型ウェルと第1の端子と
に接続させ、nチャネル型MOSトランジスタは、ソー
スおよびドレインのうちのいずれか一方を前記導入線と
接続させ、他方をゲートとp導電型ウェルと前記第2の
端子とに接続させたものとできる(請求項8)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
The branch circuit is a p-channel type M connected together to the feedthrough.
The p-channel MOS transistor is composed of an OS transistor and an n-channel MOS transistor. One of a source and a drain is connected to an introduction line, and the other is connected to a gate, an n-conductivity well, and a first terminal. And the n-channel MOS transistor has one of a source and a drain connected to the introduction line, and the other connected to a gate, a p-conductivity type well, and the second terminal. (Claim 8).

【0036】上記MOSトランジスタの配置により、等
価回路的にダイオードが配置されることと同じになり、
通常の場合、それぞれの素子の順方向動作のみで分岐回
路を構成することができる。また、分岐回路のMOSト
ランジスタは、そのゲート幅を小さくすることができる
ので、寄生容量は小さく抑制することができる。このた
め、たとえば高周波信号に対してインピーダンスは極端
に小さくならない。この結果、高周波信号を、分岐回路
に優先的に導通させることを避けることができる。ただ
し、サージの波形やサージが印加される位置等によって
は、そのサージは、分岐回路を構成するMOSトランジ
スタの順方向動作のみで外部に伝達されず、逆方向動作
を経て外部に出る場合もある。
The arrangement of the MOS transistors is equivalent to the arrangement of diodes in an equivalent circuit.
In a normal case, a branch circuit can be formed only by the forward operation of each element. Further, since the gate width of the MOS transistor of the branch circuit can be reduced, the parasitic capacitance can be suppressed to a small value. Therefore, for example, the impedance does not become extremely small with respect to a high-frequency signal. As a result, it is possible to prevent the high-frequency signal from conducting preferentially to the branch circuit. However, depending on the waveform of the surge, the position where the surge is applied, and the like, the surge may not be transmitted to the outside due to only the forward operation of the MOS transistor forming the branch circuit, but may go outside through the reverse operation. .

【0037】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
pチャネル型MOSトランジスタおよびnチャネル型M
OSトランジスタのゲート幅を、ともに、クランプ回路
を構成するMOSトランジスタのゲート幅より小さくす
ることができる(請求項9)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
P-channel type MOS transistor and n-channel type M
Both of the gate widths of the OS transistors can be smaller than the gate widths of the MOS transistors forming the clamp circuit.

【0038】この構成により、分岐回路を構成するMO
Sトランジスタのウェルを2つとも小さくし、容量を小
さくすることができる。このため、分岐回路のインピー
ダンスは高周波信号に対しても非常に小さくならず、分
岐回路を経て損失される高周波信号を減少させることが
できる。
With this configuration, the MO constituting the branch circuit is formed.
The two wells of the S transistor can be reduced in size, and the capacitance can be reduced. For this reason, the impedance of the branch circuit does not become very small even for high-frequency signals, and high-frequency signals lost through the branch circuit can be reduced.

【0039】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
分岐回路を、導入線にともに接続され、第2の端子から
第1の端子へと順方向になるように配置された2つのp
n接合ダイオードとすることができる(請求項10)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
A branch circuit is connected to two p-lines connected to the lead-in and arranged in a forward direction from the second terminal to the first terminal.
It can be an n-junction diode (claim 10).

【0040】上記のように、pn接合ダイオードを2つ
配列することによっても、順方向動作をする素子のみで
分岐回路を構成することができ、あらゆる場合のサージ
に対して内部回路を万全に保護することができる。
As described above, by arranging two pn junction diodes, a branch circuit can be constituted only by elements that operate in the forward direction, and the internal circuit is completely protected against surges in all cases. can do.

【0041】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
内部回路をシリコンMOSFET(Metal Oxide Semicon
ductor Field Effect Transistor)を含む回路とするこ
とができる(請求項11)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
The internal circuit is a silicon MOSFET (Metal Oxide Semicon
The circuit may include a ductor field effect transistor (claim 11).

【0042】上記本発明の半導体装置では、クランプ回
路を構成するnチャネル型MOSトランジスタのチャネ
ル部におけるp導電型不純物濃度の値を、内部回路に含
まれるMOSトランジスタのチャネル部不純物濃度の値
よりも高くすることができる(請求項12)。また、ク
ランプ回路を構成するpチャネル型MOSトランジスタ
のチャネル部におけるn導電型不純物濃度を、内部回路
に含まれるMOSトランジスタのチャネル部の不純物濃
度の値よりも高くすることができる(請求項13)。
In the semiconductor device of the present invention, the value of the impurity concentration of the p-conductivity type in the channel portion of the n-channel type MOS transistor forming the clamp circuit is made larger than the value of the impurity concentration of the channel portion of the MOS transistor included in the internal circuit. It can be higher (claim 12). Further, the n-conductivity type impurity concentration in the channel portion of the p-channel MOS transistor constituting the clamp circuit can be made higher than the impurity concentration value in the channel portion of the MOS transistor included in the internal circuit. .

【0043】チャネル領域の不純物濃度を高めることに
よっても、MOSトランジスタのチャネルにおける反転
が高いゲート電圧まで生じないようにすることができ
る。このため、チャネル領域の不純物濃度を調整するこ
とにより、精度よく容易に閾値電圧を高くすることがで
きる。なお、分岐回路を2つのMOSトランジスタで構
成する場合には、上記のクランプ回路のMOSトランジ
スタのチャネル部の不純物濃度は、内部回路のMOSオ
ランジスタに代えて、分岐回路のMOSトランジスタを
基準にして、そのチャネル部の不純物濃度の値よりも高
くすることができる。
By increasing the impurity concentration of the channel region, inversion in the channel of the MOS transistor can be prevented from occurring even at a high gate voltage. Therefore, the threshold voltage can be easily and accurately increased by adjusting the impurity concentration of the channel region. When the branch circuit is composed of two MOS transistors, the impurity concentration of the channel portion of the MOS transistor of the clamp circuit is determined based on the MOS transistor of the branch circuit instead of the MOS transistor of the internal circuit. It can be made higher than the value of the impurity concentration of the channel portion.

【0044】上記構成により、安価なシリコンを用いて
ESD耐性の高い半導体装置、たとえば高周波用半導体
装置を得ることが可能になる。なお、上記の内部回路
は、高周波用回路であってもよいし、高周波用回路でな
くてもよい。
According to the above configuration, a semiconductor device having high ESD resistance, for example, a high-frequency semiconductor device can be obtained using inexpensive silicon. The internal circuit described above may or may not be a high-frequency circuit.

【0045】上記本発明の半導体装置では、クランプ回
路を構成するMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚さ
を、内部回路に含まれるシリコンMOSトランジスタの
うちの少なくとも1つのシリコンMOSトランジスタの
ゲート絶縁膜の厚さよりも厚くすることができる(請求
項14)。
In the above-described semiconductor device of the present invention, the thickness of the gate insulating film of the MOS transistor forming the clamp circuit is adjusted to the thickness of the gate insulating film of at least one of the silicon MOS transistors included in the internal circuit. It can be thicker than it is.

【0046】上記の構成により、クランプ回路のnチャ
ネル型MOSトランジスタまたはpチャネル型MOSト
ランジスタのゲート絶縁膜の厚さを通常のMOSトラン
ジスタのゲート絶縁膜より厚くして、閾値電圧を高くす
ることができる。チャネルのオンオフの制御は、ゲート
直下の電界によって行なわれ、厚さを厚くすることによ
りゲート電圧を高くしないと同じ電界を生じさせること
ができない。ゲート絶縁膜の厚さの調整は任意にできる
ので、閾値電圧を制御性よく任意の高い位置に設定する
ことができる。なお、分岐回路をMOSトランジスタで
構成する場合には、上記のクランプ回路のMOSトラン
ジスタのゲート絶縁膜は、内部回路のMOSオランジス
タに代えて、分岐回路のMOSトランジスタを基準にし
て、そのゲート絶縁膜よりも厚くすることができる。
With the above configuration, the threshold voltage can be increased by making the gate insulating film of the n-channel MOS transistor or the p-channel MOS transistor of the clamp circuit thicker than the gate insulating film of a normal MOS transistor. it can. The on / off control of the channel is performed by an electric field immediately below the gate, and the same electric field cannot be generated unless the gate voltage is increased by increasing the thickness. Since the thickness of the gate insulating film can be adjusted arbitrarily, the threshold voltage can be set at an arbitrary high position with good controllability. When the branch circuit is composed of MOS transistors, the gate insulating film of the MOS transistor of the clamp circuit is replaced with the gate insulating film of the branch circuit instead of the MOS transistor of the internal circuit. It can be thicker than that.

【0047】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
内部回路を高周波用の回路とすることができる(請求項
15)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
The internal circuit may be a high frequency circuit.

【0048】上記構成により、寄生容量を減らした分岐
回路を形成し、高周波信号に対するインピーダンスを非
常に小さくしないようにすることができる。このため、
内部回路が、たとえばシリコン半導体素子を含んでいて
も、ESD耐性が高く、高周波特性に優れた半導体装置
を得ることが可能となる。なお、上記内部回路は、シリ
コンMOSトランジスタを含んでもよいし、シリコンM
OSトランジスタを含まなくてもよい。また、上記内部
回路は、GaAs等のIII-V族化合物半導体素子を
含んでもよいし、含まなくてもよい。
According to the above configuration, a branch circuit with reduced parasitic capacitance can be formed so that the impedance for a high-frequency signal is not extremely reduced. For this reason,
Even if the internal circuit includes, for example, a silicon semiconductor element, a semiconductor device having high ESD resistance and excellent high-frequency characteristics can be obtained. The internal circuit may include a silicon MOS transistor, or may include a silicon MOS transistor.
The OS transistor may not be included. Further, the internal circuit may or may not include a III-V group compound semiconductor device such as GaAs.

【0049】上記本発明の半導体装置では、たとえば、
分岐回路、クランプ回路および内部回路が、同一シリコ
ン基板上に形成されることができる(請求項16)。
In the semiconductor device of the present invention, for example,
The branch circuit, the clamp circuit, and the internal circuit can be formed on the same silicon substrate.

【0050】上記の構成により、あらゆるサージに対応
したサージ耐性に優れ、かつたとえば、高周波特性の良
好な半導体装置をコンパクトで、かつ安価に製造するこ
とができる。
According to the above configuration, it is possible to manufacture a semiconductor device which is excellent in surge resistance corresponding to all surges and has good high frequency characteristics, for example, in a compact and inexpensive manner.

【0051】本発明の第1の局面における半導体装置の
製造方法は、第1導電型および第2導電型のMOSトラ
ンジスタを含む分岐回路と、第1導電型のMOSトラン
ジスタからなるクランプ回路とを有する保護回路を備え
た高周波用の半導体装置の製造方法である。この製造方
法は、シリコン基板に、分岐回路の第1導電型および第
2導電型のMOSトランジスタのウェル、ならびにクラ
ンプ回路を構成する第1導電型のMOSトランジスタの
ウェルを、それぞれの導電型の不純物を注入して形成す
る工程と、クランプ回路の第1導電型MOSトランジス
タのウェルの表層部のチャネル部に第1導電型不純物を
さらに追加して注入する工程とを備える(請求項1
7)。
A method of manufacturing a semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a branch circuit including first and second conductivity type MOS transistors, and a clamp circuit including the first conductivity type MOS transistor. This is a method for manufacturing a high-frequency semiconductor device provided with a protection circuit. According to this manufacturing method, a well of a first conductivity type MOS transistor of a branch circuit and a well of a first conductivity type MOS transistor forming a clamp circuit are respectively formed on a silicon substrate. And a step of additionally implanting a first conductivity type impurity into a channel portion of a surface layer portion of a well of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit.
7).

【0052】この構成により、チャネル領域の不純物濃
度を通常の場合よりも高くして、通常動作時の信号電圧
とサージとの境界に対応する閾値電圧を高く設定するこ
とができる。上記不純物の注入は、精度よくできるの
で、閾値電圧の設定も精度よく行なうことができる。ま
た、ウェルの形成の際には、分岐回路の第1導電型MO
Sトランジスタのウェル形成と同じ機会に行なうことが
できるので、製造工程を簡略化することができる。
With this configuration, the impurity concentration in the channel region can be made higher than in the normal case, and the threshold voltage corresponding to the boundary between the signal voltage and the surge in the normal operation can be set higher. Since the impurity can be implanted with high accuracy, the threshold voltage can be set with high accuracy. When forming the well, the first conductivity type MO of the branch circuit is formed.
Since it can be performed at the same opportunity as the well formation of the S transistor, the manufacturing process can be simplified.

【0053】本発明の第2の局面における半導体装置の
製造方法は、第1導電型および第2導電型のMOSトラ
ンジスタを含む分岐回路と、第1導電型のMOSトラン
ジスタからなるクランプ回路とを有する保護回路を備え
た高周波用の半導体装置の製造方法である。この製造方
法は、クランプ回路の第1導電型MOSトランジスタの
ゲートおよび分岐回路の第2導電型MOSトランジスタ
を覆う第1レジストパターンを配置して、クランプ回路
の第1導電型MOSトランジスタのソース、ドレインお
よび分岐回路の第1導電型MOSトランジスタに第1導
電型不純物を注入する工程と、クランプ回路の第1導電
型MOSトランジスタのソース、ドレインおよび分岐回
路の第1導電型MOSトランジスタを覆う第2レジスト
パターンを配置して、クランプ回路の第1導電型MOS
トランジスタのゲートおよび第2導電型のMOSトラン
ジスタに第2導電型不純物を注入する工程とを備える
(請求項18)。
A method of manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a branch circuit including first and second conductivity type MOS transistors, and a clamp circuit including the first conductivity type MOS transistor. This is a method for manufacturing a high-frequency semiconductor device provided with a protection circuit. In this manufacturing method, a first resist pattern covering a gate of a first conductivity type MOS transistor of a clamp circuit and a second conductivity type MOS transistor of a branch circuit is arranged, and a source and a drain of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit are arranged. Implanting a first conductivity type impurity into the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit; and a second resist covering the source and drain of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit and the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit. The pattern is arranged, and the first conductivity type MOS of the clamp circuit
Implanting a second conductivity type impurity into the gate of the transistor and the second conductivity type MOS transistor (claim 18).

【0054】第1導電型MOSトランジスタのゲートの
導電型を第2導電型とすることによっても、仕事関数の
違いから閾値電圧を大きくすることが可能となる。この
場合も、不純物濃度に応じて仕事関数の違いも変わるの
で、不純物濃度の制御により閾値電圧を精度よく変える
ことができる。なお、第1導電型不純物注入工程と、第
2導電型不純物注入工程とは、順序が入れ替わってもよ
い。
By setting the gate conductivity type of the first conductivity type MOS transistor to the second conductivity type, the threshold voltage can be increased due to the difference in work function. Also in this case, the difference in the work function changes according to the impurity concentration, so that the threshold voltage can be accurately changed by controlling the impurity concentration. The order of the first conductivity type impurity implantation step and the second conductivity type impurity implantation step may be interchanged.

【0055】上記本発明の第2の局面における半導体装
置の製造方法では、たとえば、第1レジストパターンの
配置において、分岐回路の第1導電型MOSトランジス
タのみを覆う簡易レジストパターンを配置し、第1導電
型不純物注入工程では、簡易レジストパターンを用い
て、第2導電型不純物注入工程で注入したドーズ量より
少ないドーズ量の第1導電型不純物を注入することがで
きる(請求項19)。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, for example, in the arrangement of the first resist pattern, a simple resist pattern covering only the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit is arranged. In the conductivity-type impurity implantation step, the first conductivity-type impurity having a dose smaller than that implanted in the second conductivity-type impurity implantation step can be implanted by using the simple resist pattern.

【0056】この構成により、クランプ回路のMOSト
ランジスタのゲートを覆うレジストを設ける必要がなく
なる。また、ゲートにサイドウォールが設けられている
場合、LDDはそのサイドウォールの最大厚さ程度の幅
となり、上記のレジストを設けた場合よりもLDDの幅
を小さくすることができる。このため、寄生容量の減
少、微細化、高速化等に有効である。
With this configuration, it is not necessary to provide a resist covering the gate of the MOS transistor of the clamp circuit. Further, when a sidewall is provided in the gate, the LDD has a width of about the maximum thickness of the sidewall, and the width of the LDD can be smaller than that in the case where the resist is provided. Therefore, it is effective for reducing parasitic capacitance, miniaturization, high-speed operation, and the like.

【0057】本発明の第3の局面における半導体装置の
製造方法は、第1導電型および第2導電型のMOSトラ
ンジスタを含む分岐回路と、第1導電型のMOSトラン
ジスタからなるクランプ回路とを有する保護回路を備え
た高周波用の半導体装置の製造方法である。この製造方
法は、分岐回路の第1導電型および第2導電型のMOS
トランジスタの領域ならびにクランプ回路の第1導電型
のMOSトランジスタの領域を覆うゲート層の上に分岐
回路の第1導電型MOSトランジスタを覆うレジストパ
ターンを配置して、第2導電型不純物を注入する工程
と、ゲート層をパターニングして分岐回路の第1導電型
および第2導電型のMOSトランジスタならびにクラン
プ回路の第1導電型MOSトランジスタのゲート電極を
形成する工程と、第2導電型のMOSトランジスタおよ
びクランプ回路の第1導電型MOSトランジスタのゲー
トを覆うレジストパターンを配置して、クランプ回路の
第1導電型MOSトランジスタのソース、ドレインおよ
び分岐回路の第1導電型MOSトランジスタに第1導電
型不純物を注入する工程とを備える(請求項20)。
A method of manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention includes a branch circuit including first and second conductivity type MOS transistors, and a clamp circuit including the first conductivity type MOS transistor. This is a method for manufacturing a high-frequency semiconductor device provided with a protection circuit. This manufacturing method includes a first conductivity type and a second conductivity type MOS of the branch circuit.
Disposing a resist pattern covering the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit on the gate layer covering the transistor region and the first conductivity type MOS transistor region of the clamp circuit, and implanting a second conductivity type impurity Patterning the gate layer to form the first conductivity type and second conductivity type MOS transistors of the branch circuit and the gate electrode of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit; A resist pattern covering the gate of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit is disposed, and the first conductivity type impurity is doped into the source and drain of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit and the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit. And injecting (claim 20).

【0058】この構成により、クランプ回路のMOSト
ランジスタのゲートを狙ったレジストパターンを形成す
る必要がなくなり、レジストパターンの形状を簡単なも
のとすることができる。
According to this configuration, it is not necessary to form a resist pattern aimed at the gate of the MOS transistor of the clamp circuit, and the shape of the resist pattern can be simplified.

【0059】[0059]

【発明の実施の形態】次に、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明の実施の形態1におけ
るシリコンMOSFET半導体装置を示す図である。内
部回路は、シリコンMOSFETを含む高周波半導体デ
バイスである。この半導体装置の高周波信号入出力パッ
ドと内部回路を結ぶ導入線35には、オフ状態の2つの
MOSトランジスタを用いた回路27が接続されてい
る。2つのMOSトランジスタ27p,27nのゲート
幅は、従来の保護回路を構成していたオフ状態のMOS
トランジスタのそれよりも非常に小さくすることができ
る。このため、従来の分岐回路を構成するMOSトラン
ジスタのように大きなキャパシタを形成せず、高周波信
号に対してもインピーダンスは極端に小さくならない。
このため、高周波信号の損失を実用上問題ないレベルに
まで減らすことができる。ゲート幅としては、たとえ
ば、nMOSトランジスタ27nのゲート幅を5〜10
0μmとし、pMOSトランジスタ27pのゲート幅を
5〜200μmとすることができる。より具体的に、n
MOSトランジスタ27nのゲート幅を25μmとし、
pMOSトランジスタ27pのゲート幅を50μmとす
ることができる。上記の回路27を、分岐回路と呼ぶ。
分岐回路からは第1の端子と第2の端子とが出て、第1
の端子は外部電源と接続するVdd線と接続し、第2の端
子はGND線と接続している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a diagram showing a silicon MOSFET semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. The internal circuit is a high-frequency semiconductor device including a silicon MOSFET. A circuit 27 using two off-state MOS transistors is connected to a lead-in line 35 connecting a high-frequency signal input / output pad of the semiconductor device and an internal circuit. The gate width of the two MOS transistors 27p and 27n is determined by the off-state MOS that constitutes the conventional protection circuit.
It can be much smaller than that of a transistor. For this reason, a large capacitor is not formed unlike the MOS transistor constituting the conventional branch circuit, and the impedance does not become extremely small even for a high-frequency signal.
For this reason, the loss of the high-frequency signal can be reduced to a practically acceptable level. As the gate width, for example, the gate width of the nMOS transistor 27n is set to 5 to 10
0 μm, and the gate width of the pMOS transistor 27p can be 5 to 200 μm. More specifically, n
The gate width of the MOS transistor 27n is 25 μm,
The gate width of the pMOS transistor 27p can be set to 50 μm. The above circuit 27 is called a branch circuit.
A first terminal and a second terminal exit from the branch circuit, and the first terminal
Is connected to a Vdd line connected to an external power supply, and the second terminal is connected to a GND line.

【0060】この分岐回路27に加えて、さらに、Vdd
線とGND線との間に、Vdd線にかかる電圧値(Vdd)
以上の閾値電圧Vthを有する、ゲート幅の大きいnMO
Sトランジスタ28を配置する。この高いVthを有する
nMOSトランジスタ28のゲート幅は、たとえば10
0μm〜10mmの範囲、より具体的には、1mmとす
ることができる。上記の閾値電圧Vthの大きいMOSト
ランジスタ28をクランプ素子と呼ぶ。
In addition to the branch circuit 27, Vdd
Voltage (Vdd) applied to the Vdd line between the line and the GND line
NMO having a large gate width and having the above threshold voltage Vth
An S transistor 28 is provided. The gate width of nMOS transistor 28 having this high Vth is, for example, 10
It can be in the range of 0 μm to 10 mm, more specifically, 1 mm. The MOS transistor 28 having the large threshold voltage Vth is called a clamp element.

【0061】次に、上記した(A)〜(D)の4つのケ
ースについて、上記シリコンMOSFET半導体装置の
保護動作を調べる。 ケース(A): 図2および図3に示すように、高周波
信号入出力パッドに流入した正電圧サージは、まず、分
岐回路27のpMOSトランジスタ27pの拡散層のダ
イオード順方向動作によりVdd線に流れる。高いVthを
有するnMOSトランジスタ28では、ソースSとpウ
ェルWとが接続されている。しかし、従来のESD保護
のオフ状態のnMOSトランジスタと異なり、ゲートG
はソースSおよびpウェルWと接続されず、ドレインD
に接続されている。したがって、ケース(A)では、G
ND線が接地面であるので、高VthのnMOSトランジ
スタ28のソースSとpウェルWとが接地されることに
なる。この状態では、正電圧サージ31はドレインDと
ゲートGに流入し、ドレインとゲートとは正電圧に充電
される。
Next, the protection operation of the silicon MOSFET semiconductor device will be examined for the above four cases (A) to (D). Case (A): As shown in FIGS. 2 and 3, the positive voltage surge that has flowed into the high-frequency signal input / output pad first flows into the Vdd line due to the diode forward operation of the diffusion layer of the pMOS transistor 27p of the branch circuit 27. . In the nMOS transistor 28 having a high Vth, the source S and the p well W are connected. However, unlike the conventional nMOS transistor in the off state of the ESD protection, the gate G
Is not connected to the source S and the p well W, and the drain D
It is connected to the. Therefore, in case (A), G
Since the ND line is a ground plane, the source S of the high Vth nMOS transistor 28 and the p well W are grounded. In this state, the positive voltage surge 31 flows into the drain D and the gate G, and the drain and the gate are charged to a positive voltage.

【0062】このサージ流入によりVdd線の電圧が閾値
電圧Vthより高くなった場合、ゲート電圧が閾値電圧V
thを超える。このため、クランプ素子のnMOSトラン
ジスタ28はオン状態(図3のチャネルオン状態)とな
り、ドレインからチャネルを通ってソースへ電流が流れ
る。すなわち、Vdd線と、接地面であるGND線とが電
気的に接続されることとなり、ESDサージは接地面の
GND線へ流出する。この結果、分岐回路におけるMO
Sトランジスタ27p,27nに対して逆方向のブレー
クダウンを発生させることなく、ESD保護動作が行な
われる。 ケース(B)および(C): 上述のように、高Vthの
nMOSトランジスタ28を経ず、分岐回路27のMO
Sトランジスタ27n,27pの順方向動作により、E
SD保護動作を行なうことができる。したがって、MO
Sトランジスタ27n,27pは、いずれも逆方向ブレ
ークダウンを生ずることはない。
When the voltage of the Vdd line becomes higher than the threshold voltage Vth due to the surge inflow, the gate voltage becomes higher than the threshold voltage Vth.
exceeds th. Therefore, the nMOS transistor 28 of the clamp element is turned on (the channel on state in FIG. 3), and current flows from the drain to the source through the channel. That is, the Vdd line is electrically connected to the ground line GND, and the ESD surge flows out to the ground line GND line. As a result, the MO in the branch circuit
The ESD protection operation is performed without causing reverse breakdown in S transistors 27p and 27n. Cases (B) and (C): As described above, the MO of the branch circuit 27 does not pass through the high Vth nMOS transistor
By the forward operation of S transistors 27n and 27p, E
SD protection operation can be performed. Therefore, MO
Neither of the S transistors 27n and 27p causes reverse breakdown.

【0063】ケース(D): 図4および図5に示すよ
うに、高周波信号入出力パッドに流入した負電圧サージ
32は、nMOSトランジスタ27nの順方向動作によ
りGND線に流れ、Vdd線とGND線との間に配置した
高VthのnMOSトランジスタ28のソースSに流入す
る。このケース(D)では、接地面はVdd線であるか
ら、高VthのnMOSトランジスタ28のドレインDと
ゲートGとは接地されている。また、高VthのnMOS
トランジスタ28のソースSとpウェルWとは接続され
ているので、流入した負電圧サージにより負電圧に充電
される。
Case (D): As shown in FIGS. 4 and 5, the negative voltage surge 32 flowing into the high-frequency signal input / output pad flows to the GND line by the forward operation of the nMOS transistor 27n, and the Vdd line and the GND line And flows into the source S of the high Vth nMOS transistor 28 disposed between them. In this case (D), since the ground plane is the Vdd line, the drain D and the gate G of the high Vth nMOS transistor 28 are grounded. Also, a high Vth nMOS
Since the source S of the transistor 28 is connected to the p-well W, the transistor 28 is charged to a negative voltage by the inflowing negative voltage surge.

【0064】この充電電圧、すなわちGND線の電圧の
絶対値が、nMOSトランジスタ28の閾値電圧Vthよ
り高くなると、高VthのnMOSトランジスタ28はオ
ン状態となる。オン状態では、ドレインからソースへチ
ャネルを通って電流が流れることになる。すなわち、G
ND線と、接地面のVdd線とが電気的に接続されること
となり、ESDサージが接地面であるVdd線へ流出す
る。この場合も、分岐回路のMOSトランジスタ27
p,27nの逆方向ブレークダウンは生ずることなく、
ESD保護動作を行なわせることができる。
When the charging voltage, that is, the absolute value of the voltage of the GND line becomes higher than the threshold voltage Vth of the nMOS transistor 28, the high Vth nMOS transistor 28 is turned on. In the on state, current will flow from the drain to the source through the channel. That is, G
The ND line and the Vdd line on the ground plane are electrically connected, and the ESD surge flows out to the Vdd line on the ground plane. Also in this case, the MOS transistor 27 of the branch circuit
No reverse breakdown of p, 27n occurs,
An ESD protection operation can be performed.

【0065】上記の構成によれば、サージがかかるすべ
てのケース(A)〜(D)において、分岐回路27のM
OSトランジスタ27p,27nに逆方向ブレークダウ
ンを起こさずにESD保護動作を実現することができ
る。このため、高周波信号入出力パッドに接続される分
岐回路27のMOSトランジスタのゲート幅を小さくす
ることができる。したがって、寄生容量を低減し、高周
波特性の劣化を回避したうえで、高いESD耐性を得る
ことが可能となる。また、Vdd線とGND線との間のク
ランプ素子28は、電圧クランプ回路であるので、過渡
応答型と異なり誤動作を起こすことがなく、高信頼性の
デバイスを提供することが可能である。
According to the above configuration, in all cases (A) to (D) in which a surge is applied, the M
The ESD protection operation can be realized without causing reverse breakdown in the OS transistors 27p and 27n. Therefore, the gate width of the MOS transistor of the branch circuit 27 connected to the high-frequency signal input / output pad can be reduced. Therefore, it is possible to obtain a high ESD resistance while reducing the parasitic capacitance and avoiding the deterioration of the high frequency characteristics. Further, since the clamp element 28 between the Vdd line and the GND line is a voltage clamp circuit, unlike the transient response type, a malfunction does not occur and a highly reliable device can be provided.

【0066】通常動作時においては、この高VthのnM
OSトランジスタ28のソースSとpウェルWとは接地
され、ドレインDとゲート電極GとにVdd線の電圧が印
加される。通常のMOSトランジスタをVdd線とGND
線との間に配置した場合には、上記の電圧条件で通常の
MOSトランジスタでは完全にオンしてしまい、Vdd線
とGND線との間の短絡を引き起こしデバイスが正常に
動作しない。しかし、このnMOSトランジスタ28
は、通常動作時のVddより高い閾値電圧Vthを有するの
で、通常動作時にはゲート電極とpウェルとの間の電位
差はVth以下の状態にある。このため、通常動作時に
は、高いVthのnMOSトランジスタはオフ状態を維持
するので、デバイスの通常動作に影響を及ぼすことはな
い。
During normal operation, this high Vth nM
The source S and the p-well W of the OS transistor 28 are grounded, and the voltage of the Vdd line is applied to the drain D and the gate electrode G. Normal MOS transistor is connected to Vdd line and GND
When the device is arranged between the Vdd line and the Vdd line, the normal MOS transistor is completely turned on under the above voltage condition, causing a short circuit between the Vdd line and the GND line, and the device does not operate normally. However, this nMOS transistor 28
Has a threshold voltage Vth higher than Vdd during normal operation, so that during normal operation the potential difference between the gate electrode and the p-well is less than Vth. Therefore, during normal operation, the nMOS transistor of high Vth maintains the off state, and does not affect the normal operation of the device.

【0067】上記のように、本発明においては、通常動
作に影響を及ぼすことなく、所望の電圧にて誤動作を生
じることなくVdd線とGND線との間にかかる電圧をク
ランプすることができる。したがって、高ESD耐性を
有し、信頼性の高い、シリコンMOSトランジスタを使
用した高周波半導体デバイスを得ることができる。さら
に、分岐回路における2つのMOSトランジスタのゲー
ト幅を小さくすることにより、低寄生容量化をはかり、
高周波特性の劣化を回避することができる。
As described above, in the present invention, the voltage applied between the Vdd line and the GND line can be clamped without affecting the normal operation and causing no malfunction at a desired voltage. Therefore, it is possible to obtain a high-frequency semiconductor device using silicon MOS transistors having high ESD resistance and high reliability. Further, by reducing the gate width of the two MOS transistors in the branch circuit, the parasitic capacitance is reduced,
Deterioration of high frequency characteristics can be avoided.

【0068】なお、サージの波形やサージが印加される
位置によっては、ブレークダウンを生じることによって
逆方向動作で伝達されるサージが生じてもよい。このよ
うな場合でも、通常動作にはまったく影響を与えず、サ
ージ発生時には、クランプ素子によって内部回路をサー
ジから保護することができる。ブレークダウンが生じて
逆方向動作でサージが伝達される場合は、以後の実施の
形態でも生じる。 (実施の形態2)図6は、本発明の実施の形態2におけ
るシリコンMOSFET半導体装置を示す図である。本
実施の形態2では、クランプ素子のMOSトランジスタ
28をpMOSとする点が実施例1と相違し、他の部分
の構成は実施例1と同じである。図6においては、高い
VthのpMOSトランジスタ28では、ドレインDとn
ウェルWとは接続され、ゲートGは、ドレインDおよび
nウェルWには接続されず、ソースSと接続される。
It should be noted that, depending on the waveform of the surge and the position to which the surge is applied, a surge that is transmitted in the reverse operation may occur due to the breakdown. Even in such a case, the normal operation is not affected at all, and when a surge occurs, the internal circuit can be protected from the surge by the clamp element. In the case where the surge is transmitted by the reverse operation due to the breakdown, the same occurs in the following embodiments. (Embodiment 2) FIG. 6 is a diagram showing a silicon MOSFET semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that the MOS transistor 28 of the clamp element is a pMOS, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. In FIG. 6, in the high Vth pMOS transistor 28, the drain D and n
The well G is connected to the well W, and the gate G is connected to the source S without being connected to the drain D and the n-well W.

【0069】クランプ素子28に高VthのpMOSトラ
ンジスタを用いた場合、その保護動作はnMOSトラン
ジスタを用いた場合と同じであり、同じ効果を得ること
ができる。たとえば、高周波信号入出力パッドに配置さ
れたnMOSトランジスタ27nのゲート幅は5〜10
0μmであり、pMOSトランジスタのゲート幅は5〜
200μmである。さらに、クランプ回路28に配置し
たpMOSトランジスタのゲート幅を、たとえば、10
0μm〜10mmとすることができる。
When a high Vth pMOS transistor is used for the clamp element 28, the protection operation is the same as when an nMOS transistor is used, and the same effect can be obtained. For example, the gate width of the nMOS transistor 27n arranged on the high frequency signal input / output pad is 5-10.
0 μm, and the gate width of the pMOS transistor is 5 to 5.
200 μm. Further, the gate width of the pMOS transistor arranged in the clamp circuit 28 is set to, for example, 10
It can be 0 μm to 10 mm.

【0070】本実施例によっても、ESDサージの流入
に対して、所望の低電圧にてVdd線とGND線との間の
電圧をクランプすることができる。このため、分岐回路
27のMOSトランジスタの逆方向ブレークダウンを起
こさずに、すべてのケースにおいて順方向動作によりE
SD保護動作を行なうことができる。これにより、誤動
作を生じることなく高いESD耐性を確保し、さらに低
寄生容量化により高周波特性の劣化を回避することがで
きる。 (実施の形態3)図7〜図22は、本発明の実施の形態
3におけるシリコンMOSFET半導体装置の製造方法
を示す図である。本実施の形態3におけるシリコンMO
SFET半導体装置では、高VthのnMOSトランジス
タにおけるチャネル部のp型不純物濃度がpウェルのp
型不純物濃度より高くなっている。本実施の形態では、
高VthのnMOSトタンジスタ28のチャネルの高いp
型不純物濃度を、p型イオンの追加注入により実現す
る。なお、以後の製造工程の説明に関しては、ソース、
ドレイン、チャネル、ウェル等の領域は、図面中に図示
していない。
According to this embodiment, the voltage between the Vdd line and the GND line can be clamped at a desired low voltage against the inflow of the ESD surge. For this reason, the MOS transistor of the branch circuit 27 does not cause reverse breakdown, and in all cases, the forward operation causes
SD protection operation can be performed. As a result, high ESD resistance can be ensured without causing a malfunction, and deterioration of high frequency characteristics due to lower parasitic capacitance can be avoided. (Embodiment 3) FIGS. 7 to 22 show a method of manufacturing a silicon MOSFET semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention. Silicon MO in Third Embodiment
In the SFET semiconductor device, the p-type impurity concentration in the channel of the high Vth nMOS transistor is
Higher than the mold impurity concentration. In the present embodiment,
High pth of the channel of the high Vth nMOS transistor 28
The type impurity concentration is realized by additional implantation of p-type ions. For the description of the subsequent manufacturing process,
Regions such as a drain, a channel, and a well are not shown in the drawing.

【0071】まず、シリコン基板1に、トレンチ分離、
LOCOS分離などの分離酸化膜2を形成し、次いでウ
ェルを形成する(図7)。次いで、レジスト30を用い
て、高VthのnMOSトランジスタのチャネル領域(p
ウェル表面側)に追加してp型イオンを注入する(図
8)。このチャネル領域への追加したp型イオンの注入
により、高い閾値電圧Vthを確保することが可能とな
る。
First, a trench isolation,
An isolation oxide film 2 such as LOCOS isolation is formed, and then a well is formed (FIG. 7). Next, the channel region (p) of the high Vth nMOS transistor is
In addition, p-type ions are implanted on the surface side of the well (FIG. 8). By implanting the added p-type ions into the channel region, a high threshold voltage Vth can be secured.

【0072】この後、酸化膜または窒化膜などのゲート
絶縁膜4を成膜し、その上に、ゲート電極となる不純物
無添加の多結晶シリコン膜5を形成する(図9)。次い
で、多結晶シリコン膜5をパターニングして、ゲート電
極5aを形成する(図10)。この後、pMOSの領域
にレジスト30を配置し、nMOSのソース、ドレイン
領域にn型イオンを注入して、LDD(Lightly Doped D
omain)のn-型領域(図示せず)を形成する(図1
1)。さらに、nMOSの領域にレジスト30を配置し
て、pMOSのソース、ドレイン領域にp型イオンを注
入して、LDDのp-型領域(図示せず)を形成する
(図12)。次いで、ゲート電極5aの側面に、酸化
膜、窒化膜および酸化膜と窒化膜との組合せのいずれか
からなる絶縁膜によってサイドウォール6を形成する
(図13)。
Thereafter, a gate insulating film 4 such as an oxide film or a nitride film is formed, and an undoped polycrystalline silicon film 5 serving as a gate electrode is formed thereon (FIG. 9). Next, the polycrystalline silicon film 5 is patterned to form a gate electrode 5a (FIG. 10). Thereafter, a resist 30 is disposed in the pMOS region, and n-type ions are implanted in the source and drain regions of the nMOS to form an LDD (Lightly Doped Drain).
omain) (FIG. 1)
1). Further, a resist 30 is arranged in the nMOS region, and p-type ions are implanted in the source and drain regions of the pMOS to form a p-type region (not shown) of the LDD (FIG. 12). Next, a sidewall 6 is formed on the side surface of the gate electrode 5a by an insulating film made of any of an oxide film, a nitride film, and a combination of an oxide film and a nitride film (FIG. 13).

【0073】さらに、pMOSの領域にレジストを配置
した後、nMOSのソース、ドレインにn型イオンを注
入してn+型領域(図示せず)を形成する(図14)。
このとき、高VthのnMOSトランジスタ28のゲート
にも、もう1つのnMOSトランジスタ27nのゲート
にも、n型不純物が注入され、n導電型とされる。この
後、nMOSの領域にレジストを配置して、pMOSの
ソース、ドレイン領域にp型イオンを注入してp+型領
域を形成する(図15)。
Further, after a resist is arranged in the pMOS region, n-type ions (not shown) are formed by implanting n-type ions into the source and drain of the nMOS (FIG. 14).
At this time, an n-type impurity is implanted into both the gate of the high-Vth nMOS transistor 28 and the gate of the other nMOS transistor 27n to be n-type. Thereafter, a resist is arranged in the nMOS region, and p-type ions are implanted into the source and drain regions of the pMOS to form ap + -type region (FIG. 15).

【0074】次いで、酸化膜などからなるシリサイド防
止用の絶縁膜7を成膜し(図16)、高VthのnMOS
の領域を覆うレジスト30を配置する(図17)。次い
で、高VthのnMOSの領域以外の絶縁膜7をエッチン
グによって除去する(図18)。この後、シリサイド膜
8を高周波信号入力パッドに接続されたnMOSとpM
OSとに堆積し、パターニングして、ゲート電極8a
と、ソース、ドレイン電極8bとを形成する(図1
9)。シリサイドとしては、チタンシリサイド、コバル
トシリサイド等を用いることができる。次に、層間絶縁
膜9を堆積して平坦化する(図20)。この後、層間絶
縁膜9を貫通するコンタクトホール11を開口し(図2
1)、金属膜を充填し、さらに層間絶縁膜の上にも金属
膜を堆積する。コンタクトホール11を充填する金属膜
は、下方の電極と導通するタングステンプラグ等のコン
タクト14を形成する。また、層間絶縁膜の上に形成さ
れた金属膜は、パターニングされて第1層目金属配線1
5を形成する(図22)。
Next, an insulating film 7 made of an oxide film or the like for preventing silicide is formed (FIG. 16).
(FIG. 17). Next, the insulating film 7 other than the high Vth nMOS region is removed by etching (FIG. 18). Thereafter, the silicide film 8 is connected to the nMOS and pM connected to the high frequency signal input pad.
The gate electrode 8a is deposited on the OS and patterned.
And source and drain electrodes 8b (FIG. 1).
9). As silicide, titanium silicide, cobalt silicide, or the like can be used. Next, an interlayer insulating film 9 is deposited and planarized (FIG. 20). Thereafter, a contact hole 11 penetrating the interlayer insulating film 9 is opened (FIG. 2).
1) Fill a metal film and deposit a metal film on the interlayer insulating film. The metal film filling the contact hole 11 forms a contact 14 such as a tungsten plug which is electrically connected to a lower electrode. The metal film formed on the interlayer insulating film is patterned to form a first-layer metal wiring 1.
5 (FIG. 22).

【0075】この後、層間絶縁膜の形成、ヴィアホール
の形成、第2層目の金属配線の形成などと工程を継続
し、必要な層数だけ金属配線を形成してゆく。最後に、
保護膜となるパッシベーション膜を形成し、パッドの開
口を行ない、製造工程を終了する。
Thereafter, the steps of forming an interlayer insulating film, forming a via hole, forming a second-layer metal wiring, and the like are continued, and metal wirings are formed in a required number of layers. Finally,
A passivation film serving as a protective film is formed, a pad is opened, and the manufacturing process ends.

【0076】上記の製造方法により、チャネルのp型不
純物濃度をpウェル内方の不純物濃度より高くした、高
いVthのnMOSを保護回路に含むシリコンMOSFE
T半導体装置を、容易に1つの基板上に一体化して製造
することができる。nMOSトランジスタ28の閾値電
圧Vthの調整は、nMOSトランジスタのチャネル領域
に追加注入するp型不純物濃度を調整することにより、
任意にかつ容易に制御することができる。 (実施の形態4)図23〜図31は、本発明の実施の形
態4におけるシリコンMOSFET半導体装置の製造方
法を示す図である。本実施の形態4におけるシリコンM
OSFET半導体装置では、高VthのpMOSトランジ
スタにおけるチャネル部のn型不純物濃度がnウェルの
n型不純物濃度より高くなっている。本実施の形態で
は、高VthのpMOSトタンジスタ28のチャネルの高
いn型不純物濃度を、n型イオンの追加注入により実現
する。
According to the above-described manufacturing method, the silicon MOSFE including the high Vth nMOS in the protection circuit in which the p-type impurity concentration of the channel is higher than the impurity concentration inside the p-well.
The T semiconductor device can be easily integrated on one substrate and manufactured. The threshold voltage Vth of the nMOS transistor 28 is adjusted by adjusting the p-type impurity concentration additionally implanted into the channel region of the nMOS transistor.
It can be arbitrarily and easily controlled. (Fourth Embodiment) FIGS. 23 to 31 are views showing a method for manufacturing a silicon MOSFET semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. Silicon M in Embodiment 4
In the OSFET semiconductor device, the n-type impurity concentration in the channel portion of the high Vth pMOS transistor is higher than the n-type impurity concentration in the n-well. In the present embodiment, a high n-type impurity concentration in the channel of the pMOS transistor 28 of high Vth is realized by additional implantation of n-type ions.

【0077】まず、シリコン基板1に、トレンチ分離、
LOCOS分離などの分離酸化膜2を形成し、次いでウ
ェルを形成する(図23)。次いで、レジスト30を用
いて、高VthのpMOSトランジスタのチャネル領域
(nウェル表面側)に追加してn型イオンを注入する
(図24)。このチャネル領域への追加したn型イオン
の注入により、高い閾値電圧Vthを確保することが可能
となる。
First, a trench isolation,
An isolation oxide film 2 such as LOCOS isolation is formed, and then a well is formed (FIG. 23). Next, n-type ions are additionally implanted into the channel region (n-well surface side) of the high Vth pMOS transistor using the resist 30 (FIG. 24). By implanting the added n-type ions into the channel region, a high threshold voltage Vth can be secured.

【0078】この後、酸化膜または窒化膜などのゲート
絶縁膜4を成膜し、その上に、ゲート電極となる不純物
無添加の多結晶シリコン膜5を形成する(図25)。次
いで、多結晶シリコン膜5をパターニングして、ゲート
電極5aを形成する(図26)。この後、nMOSトラ
ンジスタ27n以外の領域にレジスト30を配置し、n
MOSのソース、ドレイン領域にn型イオンを注入し
て、LDD(Lightly Doped Domain)のn-型領域(図示
せず)を形成する(図27)。さらに、nMOSトラン
ジスタ27nの領域にレジスト30を配置して、pMO
Sトランジスタ27pおよび高VthのpMOSトランジ
スタ28のソース、ドレイン領域にp型イオンを注入し
て、LDDのp-型領域(図示せず)を形成する(図2
8)。次いで、ゲート電極5aの側面に、酸化膜、窒化
膜および酸化膜と窒化膜との組合せのいずれかからなる
絶縁膜によってサイドウォール6を形成する(図2
9)。さらに、pMOSトランジスタ27pおよび高V
thのpMOSトランジスタ28の領域にレジストを配置
した後、nMOSトランジスタ27nのソース、ドレイ
ンにn型イオンを注入してn+型領域(図示せず)を形
成する(図30)。この後、nMOSトランジスタ27
nの領域にレジストを配置して、pMOSトランジスタ
27pおよび高VthのpMOSトランジスタ28のソー
ス、ドレイン領域にp型イオンを注入する(図31)。
Thereafter, a gate insulating film 4 such as an oxide film or a nitride film is formed, and an impurity-free polycrystalline silicon film 5 serving as a gate electrode is formed thereon (FIG. 25). Next, the polycrystalline silicon film 5 is patterned to form a gate electrode 5a (FIG. 26). Thereafter, a resist 30 is arranged in a region other than the nMOS transistor 27n, and n
N-type ions are implanted into the source and drain regions of the MOS to form an n-type region (not shown) of an LDD (Lightly Doped Domain) (FIG. 27). Further, a resist 30 is arranged in the region of the nMOS transistor 27n, and the pMO
P-type ions are implanted into the source and drain regions of the S transistor 27p and the high Vth pMOS transistor 28 to form an LDD p-type region (not shown) (FIG. 2).
8). Next, a sidewall 6 is formed on the side surface of the gate electrode 5a by an insulating film made of any of an oxide film, a nitride film, and a combination of an oxide film and a nitride film (FIG. 2).
9). Further, the pMOS transistor 27p and the high V
After a resist is arranged in the region of the pMOS transistor 28 of the th, n-type ions (not shown) are formed by implanting n-type ions into the source and drain of the nMOS transistor 27n (FIG. 30). Thereafter, the nMOS transistor 27
A resist is disposed in the n region, and p-type ions are implanted into the source and drain regions of the pMOS transistor 27p and the high Vth pMOS transistor 28 (FIG. 31).

【0079】この後、実施の形態3と同じ製造方法を用
いることにより、本実施の形態におけるシリコンMOS
FET半導体装置を製造することができる。
Thereafter, by using the same manufacturing method as in the third embodiment, the silicon MOS of the present embodiment is
An FET semiconductor device can be manufactured.

【0080】上記の製造方法により、本実施の形態にお
けるシリコンMOSFET半導体装置を、容易に1つの
基板上に一体化して製造することができ、さらにクラン
プ素子として配置されるpMOSトランジスタ28の閾
値電圧Vthを簡単に高くすることができる。この閾値電
圧Vthの調整は、nMOSトランジスタのチャネル領域
に追加注入するp型不純物濃度を調整することにより、
任意に制御することができる。 (実施の形態5)図32は、本発明の実施の形態5にお
けるシリコンMOSFET半導体装置のクランプ素子を
形成する高VthのnMOSトランジスタを示す断面図で
ある。本実施の形態では、高VthのnMOSトランジス
タ28のゲートをp型多結晶シリコンによって形成する
点に特徴がある。通常のnMOSトランジスタでは、ゲ
ートはn型多結晶シリコンにより形成されている。
According to the above-described manufacturing method, the silicon MOSFET semiconductor device of the present embodiment can be easily manufactured integrally on one substrate, and the threshold voltage Vth of pMOS transistor 28 arranged as a clamp element can be obtained. Can easily be raised. The threshold voltage Vth is adjusted by adjusting the concentration of p-type impurities additionally implanted into the channel region of the nMOS transistor.
It can be arbitrarily controlled. Fifth Embodiment FIG. 32 is a cross-sectional view showing a high Vth nMOS transistor forming a clamp element of a silicon MOSFET semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. The present embodiment is characterized in that the gate of the high Vth nMOS transistor 28 is formed of p-type polycrystalline silicon. In a normal nMOS transistor, the gate is formed of n-type polycrystalline silicon.

【0081】本実施の形態における高VthのnMOSト
ランジスタでは、仕事関数の違いを利用して、ゲートを
p型多結晶シリコンとすることにより高い閾値電圧Vth
を実現することができる。このため、マスク枚数を増や
すことなく、Vdd線とGND線との間に高VthのnMO
Sトランジスタを配置してクランプ素子を形成すること
ができる。この結果、低コストで高いESD耐性を有す
る高機能のシリコンMOSFET半導体装置を得ること
が可能となる。
In the high Vth nMOS transistor according to the present embodiment, the gate is made of p-type polycrystalline silicon by utilizing the difference in work function, so that the high threshold voltage Vth
Can be realized. Therefore, without increasing the number of masks, a high Vth nMO is applied between the Vdd line and the GND line.
An S transistor can be arranged to form a clamp element. As a result, it is possible to obtain a low-cost, high-performance silicon MOSFET semiconductor device having high ESD resistance.

【0082】このような半導体装置の製造例として、高
VthのnMOSトランジスタ28のゲートに、pMOS
トランジスタ27pのソース、ドレインへのp型イオン
注入の際に、並行してp型イオンをレジストマスクオフ
セット構造で形成する。
As an example of manufacturing such a semiconductor device, a pMOS is connected to the gate of a high Vth nMOS transistor 28.
At the time of p-type ion implantation into the source and drain of the transistor 27p, p-type ions are formed in a resist mask offset structure in parallel.

【0083】まず、シリコン基板1にトレンチ溝やLO
COS分離膜などの分離酸化膜2を形成し、さらにウェ
ルを形成する。次いで、酸化膜、窒化膜などのゲート絶
縁膜4を成膜した後、その上に不純物無添加の多結晶シ
リコン膜5を成膜する(図33)。この不純物無添加の
多結晶シリコン膜5はパターニングされて、ゲート電極
5aが形成される(図34)。次いで、pMOSトラン
ジスタ領域にレジスト30を配置して、nMOSトラン
ジスタ27nと、高VthのnMOSトランジスタ28と
のソース、ドレイン領域にn型イオンを注入して、LD
Dのn-型領域を形成する(図35)。その後、図36
に示すようにレジストを配置して、pMOSトランジス
タ27pのソース、ドレイン領域にp型イオンを注入し
て、LDDのp-型領域を形成する。次に、ゲート電極
5aの側面に、酸化膜、窒化膜または酸化膜と窒化膜と
の組合せからなる膜のサイドウォールを形成する(図3
7)。
First, a trench or a LO
An isolation oxide film 2 such as a COS isolation film is formed, and a well is further formed. Next, after forming a gate insulating film 4 such as an oxide film or a nitride film, an impurity-free polycrystalline silicon film 5 is formed thereon (FIG. 33). This undoped polycrystalline silicon film 5 is patterned to form a gate electrode 5a (FIG. 34). Next, a resist 30 is disposed in the pMOS transistor region, and n-type ions are implanted into the source and drain regions of the nMOS transistor 27n and the high Vth nMOS transistor 28, thereby forming an LD.
An n-type region of D is formed (FIG. 35). Then, FIG.
A p-type ion is implanted into the source and drain regions of the pMOS transistor 27p to form a p-type region of the LDD, as shown in FIG. Next, a sidewall of a film made of an oxide film, a nitride film, or a combination of an oxide film and a nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 5a (FIG. 3).
7).

【0084】次に、図38に示すようにレジストを配置
して、n型イオンを、nMOSトランジスタ27nのソ
ース、ドレイン、ゲートに、また高VthのnMOSトラ
ンジスタ28のソース、ドレインに注入する。図38に
示すように、この段階では、高VthのnMOSトランジ
スタ28のゲートに、n型イオンを注入しない。高Vth
のnMOSトランジスタ28の領域に配置したレジスト
は、n型イオンをゲートに注入せず、ソース、ドレイン
に注入するようにするためのレジスト・マスク・オフセ
ット構造のレジストである。この構造のレジストのため
に、図32に示すように、LDD24はサイドウォール
より外側に延びた形状を有することになる。
Next, a resist is arranged as shown in FIG. 38, and n-type ions are implanted into the source, drain and gate of the nMOS transistor 27n and into the source and drain of the high Vth nMOS transistor 28. As shown in FIG. 38, at this stage, no n-type ions are implanted into the gate of the high Vth nMOS transistor 28. High Vth
The resist arranged in the region of the nMOS transistor 28 is a resist having a resist mask offset structure for implanting n-type ions into the source and drain without implanting into the gate. Due to the resist having this structure, the LDD 24 has a shape extending outside the sidewall as shown in FIG.

【0085】次に、図39に示すようにレジストを配置
して、p型イオンを、pMOSトランジスタ27pのソ
ース、ドレイン、ゲートに、また高VthのnMOSトラ
ンジスタ28のゲートに注入する。高VthのnMOSト
ランジスタ28の領域に配置したレジストは、p型イオ
ンをゲートに注入し、ソース、ドレインに注入しないよ
うにするためのレジストである。
Next, a resist is arranged as shown in FIG. 39, and p-type ions are implanted into the source, drain and gate of the pMOS transistor 27p and into the gate of the high Vth nMOS transistor 28. The resist arranged in the region of the high Vth nMOS transistor 28 is a resist for implanting p-type ions into the gate and not implanting the ions into the source and drain.

【0086】上記の製造方法により、クランプ素子に用
いられるのnMOSトランジスタ28の閾値電圧Vthを
容易に高くすることができる。 (実施の形態6)図40および図48は、本発明の実施
の形態6におけるシリコンMOSFET半導体装置のク
ランプ素子を形成する高VthのpMOSトランジスタを
示す断面図である。本実施の形態では、高VthのpMO
Sトランジスタ28のゲートをn型多結晶シリコンによ
って形成する点に特徴がある。通常のpMOSトランジ
スタでは、ゲートはp型多結晶シリコンにより形成され
ている。上述のように、pMOSトランジスタ28のゲ
ートをn型多結晶シリコンによって形成することによ
り、仕事関数の違いにより高いVthを実現することがで
きる。本形成法により、マスク枚数を増やすことなく、
低い製造コストで、高いVthのpMOSトランジスタを
有するクランプ素子を形成することができる。
According to the above-described manufacturing method, the threshold voltage Vth of the nMOS transistor 28 used for the clamp element can be easily increased. Sixth Embodiment FIGS. 40 and 48 are cross-sectional views showing a high Vth pMOS transistor forming a clamp element of a silicon MOSFET semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the pMO of high Vth
The feature is that the gate of the S transistor 28 is formed of n-type polycrystalline silicon. In a normal pMOS transistor, the gate is formed of p-type polycrystalline silicon. As described above, by forming the gate of the pMOS transistor 28 with n-type polycrystalline silicon, a higher Vth can be realized due to a difference in work function. By this forming method, without increasing the number of masks
A clamp element having a high Vth pMOS transistor can be formed at low manufacturing cost.

【0087】上記のn型ゲート領域を有する高Vthのp
MOSトランジスタの構造および製造方法には、いくつ
かの種類がある。例として、(X)、(Y)、(Z)の
高VthのpMOSトランジスタの構造および製造方法に
ついて説明する。 (X):n型ゲート領域を有する高VthのpMOSトラ
ンジスタの構造の一例として、図40に示す構造をあげ
ることができる。nウェル21の表面部のチャネルの両
側には、サイドウォールよりも外側に延びたLDDのp
-型領域24が配置され、これら広いp-型領域に連続し
てp+型領域のソース、ドレイン領域22,23が形成
されている。n型ゲート領域5aは、n+型多結晶シリ
コンから形成されている。この高VthのpMOSトラン
ジスタの製造方法は、次のとおりである。
The high Vth p having the above-mentioned n-type gate region
There are several types of MOS transistor structures and manufacturing methods. As an example, a structure and a manufacturing method of a (V) high Vth pMOS transistor of (X), (Y), and (Z) will be described. (X): As an example of the structure of a high Vth pMOS transistor having an n-type gate region, a structure shown in FIG. 40 can be given. On both sides of the channel on the surface of the n-well 21, p of the LDD extending outside the sidewall is provided.
A − type region 24 is arranged, and source and drain regions 22 and 23 of ap + type region are formed continuously from these wide p − type regions. N-type gate region 5a is formed from n + -type polycrystalline silicon. The method of manufacturing this high Vth pMOS transistor is as follows.

【0088】まず、シリコン基板1に、トレンチ分離、
LOCOS分離などの分離絶縁膜を形成し、さらにウェ
ルを形成する。次いで、酸化膜、酸窒化膜などによって
ゲート絶縁膜4を形成し、その上に不純物無添加の多結
晶シリコン膜5を成膜する(図41)。この後、多結晶
シリコン膜5をパターニングしてゲート電極5aを形成
する(図42)。次に、図43に示すようなレジストの
配置をして、nMOSトランジスタ27nのソース、ド
レインにn型イオンを注入して、LDDのn-型領域を
形成する。
First, a trench isolation,
An isolation insulating film such as LOCOS isolation is formed, and a well is further formed. Next, a gate insulating film 4 is formed of an oxide film, an oxynitride film, or the like, and an impurity-free polycrystalline silicon film 5 is formed thereon (FIG. 41). Thereafter, gate electrode 5a is formed by patterning polycrystalline silicon film 5 (FIG. 42). Next, a resist is arranged as shown in FIG. 43, and n-type ions are implanted into the source and the drain of the nMOS transistor 27n to form an n − -type region of the LDD.

【0089】次いで、図44に示すようなレジストの配
置により、pMOSトランジスタ27pと、高Vthのp
MOSトランジスタ28とのソース、ドレインp型イオ
ンを注入して、LDDのp-型領域を形成する。この
後、酸化膜、窒化膜および酸化膜と窒化膜との組合せな
どのいずれかの絶縁膜により、ゲート電極の側面にサイ
ドウォールを形成する(図45)。
Next, the pMOS transistor 27p and the high Vth p
Source and drain p-type ions with the MOS transistor 28 are implanted to form an LDD p-type region. Thereafter, a sidewall is formed on the side surface of the gate electrode by using any insulating film such as an oxide film, a nitride film, and a combination of an oxide film and a nitride film (FIG. 45).

【0090】この後、図46に示すレジストの配置をし
て、nMOSトランジスタ27nのソース、ドレイン、
また、高VthのpMOSトランジスタ28のゲートに、
n型イオンを注入する。高VthのpMOSトランジスタ
28の上のレジストは、ゲートにn型イオンを注入し、
そのソース、ドレインにはn型イオンを注入しないよう
にするために配置する。この後、さらに、pMOSトラ
ンジスタ27pと、高VthのpMOSトランジスタ28
とのソース、ドレインにp型イオンを注入する(図4
7)。このp型イオン注入工程では、高VthのpMOS
トランジスタ28のサイドウォールを覆うレジストをマ
スクにイオン注入がなされるので、LDD24は、図4
0に示すように、サイドウォール6の外側にまで延びた
形状をとる。
Thereafter, the resist is arranged as shown in FIG. 46, and the source, drain,
Also, the gate of the high Vth pMOS transistor 28 is
Implant n-type ions. The resist over the high Vth pMOS transistor 28 implants n-type ions into the gate,
The source and the drain are arranged so that n-type ions are not implanted. Thereafter, a pMOS transistor 27p and a high Vth pMOS transistor 28 are further added.
P-type ions are implanted into the source and drain of FIG.
7). In this p-type ion implantation step, a high Vth pMOS
Since ion implantation is performed using a resist covering the sidewalls of the transistor 28 as a mask, the LDD 24
As shown in FIG. 0, the shape extends to the outside of the sidewall 6.

【0091】この後の製造工程は、他の実施の形態にお
ける工程と同様である。上記の工程により、容易に高V
thのpMOSトランジスタ28のゲートをn導電型にし
て、高い閾値電圧Vthを得ることができる。 (Y):n型ゲート領域を有する高VthのpMOSトラ
ンジスタの構造の他の例として、図48に示す構造をあ
げることができる。nウェル21の表面部のチャネルの
両側には、サイドウォール6の外側に延びていないLD
Dのp-型領域25が配置され、これら広いp-型領域に
連続してp+型領域のソース、ドレイン領域42,43
が形成されている。n型ゲート領域5aは、n+型多結
晶シリコンから形成されている。この高VthのpMOS
トランジスタの製造方法は、次のとおりである。
The subsequent manufacturing steps are the same as the steps in the other embodiments. With the above steps, high V
A high threshold voltage Vth can be obtained by making the gate of the th pMOS transistor 28 n-type. (Y): Another example of the structure of a high Vth pMOS transistor having an n-type gate region is the structure shown in FIG. On both sides of the channel on the surface of the n-well 21, LDs not extending outside the sidewall 6 are provided.
A p-type region 25 of D is arranged, and the source and drain regions 42, 43 of the p + -type region are connected to these wide p-type regions.
Are formed. N-type gate region 5a is formed from n + -type polycrystalline silicon. This high Vth pMOS
The method for manufacturing the transistor is as follows.

【0092】この(Y)の製造工程は、上記(X)の図
46に示すレジストの配置をして、nMOSトランジス
タ27nのソース、ドレイン、また、高VthのpMOS
トランジスタ28のゲートに、n型イオンを注入する工
程までは、同じ工程である。これまでの工程において、
高VthのpMOSトランジスタ28のゲートにはn型イ
オンが注入されている。次に、図49に示すように、n
MOSトランジスタ27nの領域にのみレジストを配置
して、p型イオンを注入する。このp型イオンの注入に
おいては、そのドーズ量を先に注入したn型イオンのド
ーズ量よりも少なくする。このため、高VthのpMOS
トランジスタ28のゲートはn導電型のままである。ま
た、図49における高VthのpMOSトランジスタ28
のソース、ドレインへのp型イオンの注入では、サイド
ウォールをマスクにp型イオンが注入されるので、LD
Dはサイドウォールの外側に延びない形状をとる。
In the manufacturing process of (Y), the source and drain of the nMOS transistor 27n and the pMOS of high Vth are formed by disposing the resist shown in FIG.
The steps up to the step of implanting n-type ions into the gate of the transistor 28 are the same. In the process so far,
N-type ions are implanted into the gate of the high Vth pMOS transistor 28. Next, as shown in FIG.
A resist is arranged only in the region of the MOS transistor 27n, and p-type ions are implanted. In the implantation of the p-type ions, the dose is made smaller than the dose of the n-type ions implanted earlier. Therefore, a high Vth pMOS
The gate of transistor 28 remains n-type. Also, the high Vth pMOS transistor 28 in FIG.
When p-type ions are implanted into the source and drain of the semiconductor device, p-type ions are implanted using the sidewalls as a mask.
D takes a shape that does not extend outside the sidewall.

【0093】この結果、レジストの配置を簡略化して製
造コストを低減したうえで、n型多結晶シリコンのゲー
トを有する高VthのpMOSトランジスタを容易に製造
することができる。 (Z):このケースでは、n型ゲート領域を有する高V
thのpMOSトランジスタの構造は、図40に示す構造
と同じである。nウェル21の表面部のチャネルの両側
には、サイドウォールよりも外側に延びたLDDのp-
型領域24が配置され、これら広いp-型領域に連続し
てp+型領域のソース、ドレイン領域22,23が形成
されている。n型ゲート領域5aは、n+型多結晶シリ
コンから形成されている。この高VthのpMOSトラン
ジスタの製造方法は、次のとおりである。
As a result, a high Vth pMOS transistor having an n-type polycrystalline silicon gate can be easily manufactured while simplifying the arrangement of the resist and reducing the manufacturing cost. (Z): In this case, high V with n-type gate region
The structure of the th pMOS transistor is the same as the structure shown in FIG. On both sides of the channel on the surface of the n-well 21, the p-
A mold region 24 is arranged, and source and drain regions 22 and 23 of the p + -type region are formed continuously from these wide p − -type regions. N-type gate region 5a is formed from n + -type polycrystalline silicon. The method of manufacturing this high Vth pMOS transistor is as follows.

【0094】まず、シリコン基板1に、分離絶縁膜を形
成し、さらにウェルを形成した後、ゲート絶縁膜4を形
成し、その上に不純物無添加の多結晶シリコン膜5を成
膜する段階までは、(X)における図41までの工程と
同様である。
First, an isolation insulating film is formed on the silicon substrate 1, a well is formed, a gate insulating film 4 is formed, and an impurity-free polycrystalline silicon film 5 is formed thereon. Are the same as the steps up to FIG. 41 in (X).

【0095】この後、図50に示すレジストの配置をし
て、nMOSトランジスタ27nおよび高VthのnMO
Sトランジスタ28のゲートのためのn型イオンを注入
する。この後、多結晶シリコン膜5をパターニングして
ゲート電極5aを形成する(図51)。次に、図52に
示すレジストの配置をして、nMOSトランジスタ27
nのソース、ドレインにn型イオンを注入して、LDD
のn-型領域を形成する。
Thereafter, by disposing the resist shown in FIG. 50, the nMOS transistor 27n and the high Vth nMO
N-type ions for the gate of the S transistor 28 are implanted. Thereafter, the polysilicon film 5 is patterned to form a gate electrode 5a (FIG. 51). Next, the arrangement of the resist shown in FIG.
n-type ions are implanted into the source and drain of n
Is formed.

【0096】次いで、図53に示すレジストの配置によ
り、pMOSトランジスタ27pと、高VthのpMOS
トランジスタ28とのソース、ドレインp型イオンを注
入して、LDDのp-型領域を形成する。この後、酸化
膜、窒化膜および酸化膜と窒化膜との組合せなどのいず
れかの絶縁膜により、ゲート電極の側面にサイドウォー
ルを形成する(図54)。
Next, the pMOS transistor 27p and the high Vth pMOS
Source and drain p-type ions with the transistor 28 are implanted to form a p-type region of the LDD. Thereafter, sidewalls are formed on the side surfaces of the gate electrode by using any insulating film such as an oxide film, a nitride film, and a combination of an oxide film and a nitride film (FIG. 54).

【0097】この後、図55に示すレジストの配置をし
て、nMOSトランジスタ27nのソース、ドレイン、
n型イオンを注入する。この後、さらに、図56に示す
レジストの配置をして、pMOSトランジスタ27p
と、高VthのpMOSトランジスタ28とのソース、ド
レインにp型イオンを注入する。このp型イオンの注入
工程では、高VthのpMOSトランジスタ28のサイド
ウォールを覆うようにレジスト30を配置して、レジス
トをマスクにp型イオン注入を行なう。このため、LD
Dの領域はサイドウォールの外側にも広がり、図40に
示すように拡大されたLDDを有する高VthのpMOS
トランジスタを得ることになる。
Thereafter, the resist is arranged as shown in FIG. 55, and the source, drain,
Implant n-type ions. Thereafter, the resist is further arranged as shown in FIG.
Then, p-type ions are implanted into the source and drain of the high Vth pMOS transistor 28. In this p-type ion implantation step, a resist 30 is disposed so as to cover the sidewall of the high Vth pMOS transistor 28, and p-type ion implantation is performed using the resist as a mask. For this reason, LD
The region of D also extends outside the sidewall, and as shown in FIG. 40, a high Vth pMOS having an enlarged LDD.
You will get a transistor.

【0098】この後の製造工程は、他の実施の形態にお
ける工程と同様である。上記の工程により、容易に高V
thのpMOSトランジスタ28のゲートをn導電型にし
て、高い閾値電圧Vthを得ることができる。
The subsequent manufacturing steps are the same as those in the other embodiments. With the above steps, high V
A high threshold voltage Vth can be obtained by making the gate of the th pMOS transistor 28 n-type.

【0099】上記のクランプ素子28の製造方法とし
て、既に述べたように、閾値電圧Vthを高くするため
に、何らかの方法でゲート絶縁膜を厚くしてもよい。 (実施の形態7)図57は、本発明の実施の形態7にお
けるシリコンMOSFET半導体装置を示す回路図であ
る。高周波信号入出力パッドにpn接合ダイオードを用
いたダイオード型分岐回路47を配置し、Vdd線とGN
D線との間に、クランプ素子の高VthのnMOSトラン
ジスタ28を配置する。pn接合ダイオードの接合面積
は、たとえば、10μm2〜10mm2とする。通常の場
合、Vdd線に接続されるpn接合ダイオードは正電圧を
導通させる素子であり、GND線に接続されるpn接合
ダイオードは負電圧を導通させる素子である。高Vthの
nMOSトランジスタ28のゲート幅は、たとえば、1
00μm〜10mmとする。
As described above, as a method of manufacturing the clamp element 28, the gate insulating film may be thickened by any method in order to increase the threshold voltage Vth. (Embodiment 7) FIG. 57 is a circuit diagram showing a silicon MOSFET semiconductor device according to Embodiment 7 of the present invention. A diode type branch circuit 47 using a pn junction diode is arranged on a high frequency signal input / output pad, and a Vdd line and a GN
A high Vth nMOS transistor 28 as a clamp element is arranged between the nMOS transistor 28 and the D line. The junction area of the pn junction diode is, for example, 10 μm 2 to 10 mm 2 . In a normal case, a pn junction diode connected to the Vdd line is an element for conducting a positive voltage, and a pn junction diode connected to the GND line is an element for conducting a negative voltage. The gate width of the high Vth nMOS transistor 28 is, for example, 1
The thickness is set to 00 μm to 10 mm.

【0100】上記のダイオード型分岐回路47は、オフ
状態のpMOSとnMOSとを配置した分岐回路と、機
能的には同じである。このため、ESDサージの流入に
対して、所望の低電圧にてVdd線およびGND線の電圧
をクランプすることができる。また、ダイオードの逆方
向ブレークダウンを起こさずに、すべてのケースのES
D保護動作を行なうことができる。これにより、誤動作
を生じることなく高いESD耐性を実現し、良好な高周
波特性を有するシリコンMOSFET半導体装置を得る
ことができる。 (実施の形態8)図58は、本発明の実施の形態8にお
けるシリコンMOSFET半導体装置を示す回路図であ
る。高周波信号入出力パッドにpn接合ダイオードを用
いたダイオード型分岐回路47を配置し、Vdd線とGN
D線との間に、高VthのpMOSトランジスタ28を配
置する。実施の形態7との違いは、クランプ素子28と
して、高VthのpMOSトランジスタを用いる点のみで
ある。既に述べたように、クランプ素子28を構成する
高VthのMOSトランジスタは、p型でも、n型でも、
同じ効果を得ることができる。このため、本実施の形態
により、誤動作を生じることなく、高いESD耐性を実
現し、良好な高周波特性を有するシリコンMOSFET
半導体装置を得ることができる。
The diode-type branch circuit 47 is functionally the same as the branch circuit in which the pMOS and the nMOS in the off state are arranged. Therefore, the voltage of the Vdd line and the GND line can be clamped at a desired low voltage with respect to the inflow of the ESD surge. Also, without causing reverse breakdown of the diode,
D protection operation can be performed. As a result, it is possible to achieve a high ESD resistance without causing a malfunction and to obtain a silicon MOSFET semiconductor device having good high-frequency characteristics. (Eighth Embodiment) FIG. 58 is a circuit diagram showing a silicon MOSFET semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention. A diode type branch circuit 47 using a pn junction diode is arranged on a high frequency signal input / output pad, and a Vdd line and a GN
A high Vth pMOS transistor 28 is arranged between the gate and the D line. The only difference from the seventh embodiment is that a high Vth pMOS transistor is used as the clamp element 28. As described above, the high-Vth MOS transistor constituting the clamp element 28 may be either p-type or n-type.
The same effect can be obtained. Therefore, according to the present embodiment, a silicon MOSFET that achieves high ESD resistance without malfunction and has good high-frequency characteristics
A semiconductor device can be obtained.

【0101】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の
形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら
発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特
許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の
範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更
を含むものである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. Not limited. The scope of the present invention is shown by the description of the claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims.

【0102】[0102]

【発明の効果】本発明により、高周波特性を劣化させ
ず、また、あらゆる場合のサージ発生に対処してサージ
電圧によって確実に作動して、シリコンMOSFETを
含む内部回路の保護ができる高周波用シリコンMOSF
ET半導体装置を得ることができる。
According to the present invention, a high-frequency silicon MOSF which does not degrade high-frequency characteristics, operates reliably by a surge voltage in response to a surge in any case, and can protect an internal circuit including a silicon MOSFET.
An ET semiconductor device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1におけるシリコンMO
SFET半導体装置の構成回路図である。
FIG. 1 shows a silicon MO according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration circuit diagram of an SFET semiconductor device.

【図2】 図1のシリコンMOSFET半導体装置に正
電圧サージが入ったときの正電圧サージの流れを示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a flow of a positive voltage surge when a positive voltage surge enters the silicon MOSFET semiconductor device of FIG. 1;

【図3】 クランプ素子である高Vthにおける正電圧サ
ージの流れを示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a flow of a positive voltage surge at a high Vth serving as a clamp element.

【図4】 図1のシリコンMOSFET半導体装置に負
電圧サージが入ったときの負電圧サージの流れを示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a flow of a negative voltage surge when a negative voltage surge enters the silicon MOSFET semiconductor device of FIG. 1;

【図5】 クランプ素子である高Vthにおける負電圧サ
ージの流れを示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a flow of a negative voltage surge at a high Vth serving as a clamp element.

【図6】 本発明の実施の形態2におけるシリコンMO
SFET半導体装置の構成回路図である。
FIG. 6 shows a silicon MO according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration circuit diagram of an SFET semiconductor device.

【図7】 本発明の実施の形態3のシリコンMOSFE
T半導体装置の保護回路部分の製造において、シリコン
基板に分離膜を形成した段階の断面図である。
FIG. 7 shows a silicon MOSFET according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a stage in which a separation film is formed on a silicon substrate in manufacturing the protection circuit portion of the T semiconductor device.

【図8】 レジストを配置して高VthのnMOSチャネ
ル領域にp型イオンを追加注入する段階の断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of arranging a resist and additionally implanting p-type ions into a high Vth nMOS channel region.

【図9】 レジストを除去してゲート絶縁膜とゲート層
を形成した段階の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view at a stage where a resist is removed to form a gate insulating film and a gate layer.

【図10】 ゲート層をパターニングしてゲート電極を
形成した段階の断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view at a stage where a gate electrode is formed by patterning a gate layer.

【図11】 レジストを配置してnMOSにn型イオン
を注入してLDDのn-型領域を形成した段階の断面図
である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a stage where a resist is arranged and n-type ions are implanted into an nMOS to form an n − -type region of an LDD.

【図12】 pMOSにp型イオンを注入してLDDの
p-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into a pMOS to form a p-type region of an LDD.

【図13】 ゲート電極の側面にサイドウォールを形成
した段階の断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view at a stage where a sidewall is formed on a side surface of a gate electrode.

【図14】 nMOSのソース、ドレインにn型イオン
を注入した段階の断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view at the stage when n-type ions are implanted into the source and drain of an nMOS.

【図15】 pMOSのソース、ドレインにp型イオン
を注入した段階の断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into the source and drain of a pMOS.

【図16】 シリサイド防止用の絶縁膜を成膜した段階
の断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view at the stage when an insulating film for preventing silicide is formed.

【図17】 高VthのnMOS領域の上にレジストを配
置した段階の断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view of a stage where a resist is arranged on a high Vth nMOS region.

【図18】 レジストをマスクにして、シリサイド防止
用絶縁膜をエッチングして除去した段階の断面図であ
る。
FIG. 18 is a cross-sectional view at a stage where an insulating film for preventing silicide is removed by etching using a resist as a mask.

【図19】 シリサイド膜を成膜して、分岐回路のpM
OSとnMOSとの電極を形成した段階の断面図であ
る。
FIG. 19 shows a pM of a branch circuit formed by forming a silicide film.
FIG. 4 is a cross-sectional view at a stage where OS and nMOS electrodes are formed.

【図20】 層間絶縁膜を成膜した段階の断面図であ
る。
FIG. 20 is a cross-sectional view at the stage when an interlayer insulating film is formed.

【図21】 層間絶縁膜にコンタクトホールを開口した
段階の断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view at the stage when a contact hole is opened in an interlayer insulating film.

【図22】 コンタクトホールを充填し層間絶縁膜の上
に堆積するように、金属膜を形成した段階の断面図であ
る。
FIG. 22 is a cross-sectional view of a stage where a metal film is formed so as to fill a contact hole and deposit the contact hole on the interlayer insulating film.

【図23】 本発明の実施の形態4のシリコンMOSF
ET半導体装置の保護回路部分の製造において、シリコ
ン基板に分離膜を形成した段階の断面図である。
FIG. 23 shows a silicon MOSF according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view at a stage where an isolation film is formed on a silicon substrate in manufacturing the protection circuit portion of the ET semiconductor device.

【図24】 高VthのpMOSチャネル領域にn型イオ
ンを追加注入する段階の断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view at the stage of additionally implanting n-type ions into a high Vth pMOS channel region.

【図25】 ゲート絶縁膜とゲート層を形成した段階の
断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view at a stage where a gate insulating film and a gate layer are formed.

【図26】 ゲート層をパターニングしてゲート電極を
形成した段階の断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view of a stage where a gate electrode is formed by patterning a gate layer.

【図27】 nMOSにn型イオンを注入してLDDの
n-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view at the stage where n-type ions are implanted into an nMOS to form an n − -type region of an LDD.

【図28】 pMOSにp型イオンを注入してLDDの
p-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into a pMOS to form ap − -type region of an LDD.

【図29】 ゲート電極の側面にサイドウォールを形成
した段階の断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view of a stage where a sidewall is formed on a side surface of a gate electrode.

【図30】 nMOSのソース、ドレインにn型イオン
を注入した段階の断面図である。
FIG. 30 is a cross-sectional view at the stage when n-type ions are implanted into the source and drain of the nMOS.

【図31】 pMOSのソース、ドレインにp型イオン
を注入した段階の断面図である。
FIG. 31 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into the source and drain of a pMOS.

【図32】 本発明の実施の形態5のシリコンMOSF
ET半導体装置において、ゲートをp型多結晶シリコン
で構成した高VthのnMOSからなるクランプ素子を示
す断面図である。
FIG. 32 shows a silicon MOSF according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a clamp element made of a high Vth nMOS having a gate made of p-type polycrystalline silicon in the ET semiconductor device.

【図33】 図32のnMOSの製造において、ゲート
絶縁膜とゲート層とを形成した段階の断面図である。
FIG. 33 is a cross-sectional view of a stage in which a gate insulating film and a gate layer have been formed in the manufacture of the nMOS of FIG. 32;

【図34】 ゲート層をパターニングしてゲート電極を
形成した段階の断面図である。
FIG. 34 is a cross-sectional view at the stage where the gate electrode is formed by patterning the gate layer.

【図35】 nMOSにn型イオンを注入してLDDの
n-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 35 is a cross-sectional view at a stage where n-type regions of LDD are formed by implanting n-type ions into nMOS.

【図36】 pMOSにp型イオンを注入してLDDの
p-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 36 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into a pMOS to form ap − -type region of an LDD.

【図37】 ゲート電極の側面にサイドウォールを形成
した段階の断面図である。
FIG. 37 is a cross-sectional view of a stage where a sidewall is formed on a side surface of a gate electrode.

【図38】 nMOSのソース、ドレインにn型イオン
を注入した段階の断面図である。
FIG. 38 is a cross-sectional view at the stage when n-type ions are implanted into the source and drain of the nMOS.

【図39】 pMOSのソース、ドレイン、および高V
thのゲートにp型イオンを注入した段階の断面図であ
る。
FIG. 39 shows the source, drain and high V of pMOS.
FIG. 9 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into a th gate.

【図40】 本発明の実施の形態6のシリコンMOSF
ET半導体装置において、ゲートをn型多結晶シリコン
で構成した高VthのpMOSからなるクランプ素子を示
す断面図である(X)。
FIG. 40 shows a silicon MOSF according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a clamp element made of a high Vth pMOS having a gate made of n-type polycrystalline silicon in the ET semiconductor device (X).

【図41】 図40のpMOSの製造において、ゲート
絶縁膜とゲート層とを形成した段階の断面図である。
FIG. 41 is a cross-sectional view showing a stage where a gate insulating film and a gate layer are formed in the manufacture of the pMOS of FIG. 40;

【図42】 ゲート層をパターニングしてゲート電極を
形成した段階の断面図である。
FIG. 42 is a cross-sectional view at the stage where the gate electrode is formed by patterning the gate layer.

【図43】 nMOSにn型イオンを注入してLDDの
n-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 43 is a cross-sectional view at the stage when n-type ions are implanted into an nMOS to form an n − -type region of an LDD.

【図44】 pMOSにp型イオンを注入してLDDの
p-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 44 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into a pMOS to form ap − -type region of an LDD.

【図45】 ゲート電極の側面にサイドウォールを形成
した段階の断面図である。
FIG. 45 is a cross-sectional view of a stage where a sidewall is formed on a side surface of a gate electrode.

【図46】 nMOSのソース、ドレイン、ゲートおよ
び高VthのpMOSのゲートにn型イオンを注入した段
階の断面図である。
FIG. 46 is a cross-sectional view at the stage when n-type ions are implanted into the source, drain, and gate of the nMOS and the gate of the high-Vth pMOS.

【図47】 pMOSのソース、ドレイン、ゲートおよ
び高VthのpMOSのソース、ドレインにp型イオンを
注入した段階の断面図である。
FIG. 47 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into the source, drain, and gate of the pMOS and the source and drain of the high Vth pMOS.

【図48】 本発明の実施の形態6のシリコンMOSF
ET半導体装置において、ゲートをn型多結晶シリコン
で構成した他の高VthのpMOSからなるクランプ素子
を示す断面図である(Y)。
FIG. 48 shows a silicon MOSF according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing another high Vth pMOS clamp element having a gate made of n-type polycrystalline silicon in the ET semiconductor device (Y).

【図49】 pMOSのソース、ドレイン、ゲートおよ
び高VthのpMOSのソース、ドレイン、ゲートに、n
MOSへのn型イオン注入のドーズ量より少ないドーズ
量のp型イオンを注入した段階の断面図である。
FIG. 49 shows that the source, drain, and gate of the pMOS and the source, drain, and gate of the high Vth pMOS have n
FIG. 9 is a cross-sectional view at a stage where p-type ions having a dose smaller than the dose of n-type ion implantation into a MOS are implanted.

【図50】 本発明の実施の形態6のシリコンMOSF
ET半導体装置において、ゲートをn型多結晶シリコン
で構成した、さらに別の高VthのpMOSからなるクラ
ンプ素子の製造において、ゲート層の上にレジストを配
置した断面図である(Z)。
FIG. 50 shows a silicon MOSF according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a cross-sectional view in which a resist is arranged on the gate layer in the manufacture of another clamp element formed of a high-Vth pMOS in which the gate is made of n-type polycrystalline silicon in the ET semiconductor device (Z).

【図51】 ゲート層をパターニングしてゲート電極を
形成した段階の断面図である。
FIG. 51 is a cross-sectional view of a stage where a gate electrode is formed by patterning a gate layer.

【図52】 nMOSにn型イオンを注入してLDDの
n-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 52 is a cross-sectional view showing a stage where n-type regions of an LDD are formed by implanting n-type ions into an nMOS.

【図53】 pMOSにp型イオンを注入してLDDの
p-型領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 53 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into a pMOS to form a p − -type region of an LDD.

【図54】 ゲート電極の側面にサイドウォールを形成
した段階の断面図である。
FIG. 54 is a cross-sectional view of a stage where a sidewall is formed on a side surface of a gate electrode.

【図55】 nMOSのソース、ドレイン、ゲートにn
型イオンを注入した段階の断面図である。
FIG. 55: nMOS source, drain and gate
FIG. 4 is a cross-sectional view at a stage where mold ions are implanted.

【図56】 pMOSのソース、ドレイン、ゲートおよ
び高VthのpMOSのソース、ドレインに、p型イオン
を注入した段階の断面図である。
FIG. 56 is a cross-sectional view at the stage when p-type ions are implanted into the source, drain, and gate of the pMOS and the source and drain of the high Vth pMOS.

【図57】 本発明の実施の形態7のシリコンMOSF
ET半導体装置において、分岐回路をpn接合ダイオー
ドで形成しクランプ素子を高VthのnMOSで構成した
回路図である。
FIG. 57 shows a silicon MOSF according to a seventh embodiment of the present invention.
In the ET semiconductor device, a branch circuit is formed by a pn junction diode, and a clamp element is configured by a high Vth nMOS.

【図58】 本発明の実施の形態8のシリコンMOSF
ET半導体装置において、分岐回路をpn接合ダイオー
ドで形成しクランプ素子を高VthのpMOSで構成した
回路図である。
FIG. 58 shows a silicon MOSF according to the eighth embodiment of the present invention.
In the ET semiconductor device, a branch circuit is formed by a pn junction diode, and a clamp element is configured by a high Vth pMOS.

【図59】 ESDの電流波形例を示す図である。FIG. 59 is a diagram showing an example of an ESD current waveform.

【図60】 オフ状態のMOSトランジスタを用いたE
SD保護回路図である。
FIG. 60 shows E using a MOS transistor in an off state.
It is an SD protection circuit diagram.

【図61】 オフ状態のMOSトランジスタを用いたE
SD保護回路において、ESDが発生したときの寄生バ
イポーラ動作を説明する図である。
FIG. 61 shows an E using an off-state MOS transistor.
FIG. 5 is a diagram illustrating a parasitic bipolar operation when an ESD occurs in the SD protection circuit.

【図62】 図60のESD保護回路におけるMOSト
ランジスタのゲートおよびソース・ドレインコンタクト
の配置を示す平面図である。
62 is a plan view showing the arrangement of the gate and the source / drain contacts of the MOS transistor in the ESD protection circuit of FIG.

【図63】 図60のESD保護回路の簡易等価回路図
と、高周波信号のシリコン基板への流出を説明する図で
ある。
63 is a simplified equivalent circuit diagram of the ESD protection circuit of FIG. 60 and a diagram for explaining the outflow of a high-frequency signal to a silicon substrate.

【図64】 従来のESD保護回路の一例を示す構成図
である。
FIG. 64 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional ESD protection circuit.

【図65】 従来のESD保護回路の他の例を示す構成
図である。
FIG. 65 is a configuration diagram showing another example of the conventional ESD protection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板、2 分離絶縁膜、4 ゲート絶縁
膜、5 ゲート層、5aゲート電極、6 サイドウォー
ル、7 シリサイド防止用絶縁膜、8a,8bシリサイ
ド膜からなる電極、9 層間絶縁膜、11 コンタクト
ホール、14プラグ配線、15 1層目金属配線、21
ウェル、22,42 ソース、23,43 ドレイ
ン、24,25 LDD、27,47 分岐回路、27
n 分岐回路のnMOSトランジスタ、27p 分岐回
路のpMOSトランジスタ、30 レジスト、35 導
入線、S ソース、D ドレイン、G ゲート、W ウ
ェル。
REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate, 2 isolation insulating film, 4 gate insulating film, 5 gate layer, 5 a gate electrode, 6 side wall, 7 silicide prevention insulating film, 8 a, 8 b silicide film electrode, 9 interlayer insulating film, 11 contact hole , 14 plug wiring, 15 first layer metal wiring, 21
Well, 22, 42 source, 23, 43 drain, 24, 25 LDD, 27, 47 branch circuit, 27
nMOS transistor of n branch circuit, pMOS transistor of 27p branch circuit, 30 resists, 35 introduction lines, S source, D drain, G gate, W well.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/092 Fターム(参考) 5F038 BH04 BH05 BH07 BH13 DF02 5F048 AA02 AC01 AC03 BB03 BB06 BB07 BB16 BB18 BC06 BC20 BD04 BE03 BF07 CC09 CC13 CC15 CC18 CC19 DA25 DA27 DA30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/092 F term (Reference) 5F038 BH04 BH05 BH07 BH13 DF02 5F048 AA02 AC01 AC03 BB03 BB06 BB07 BB16 BB18 BC06 BC20 BD04 BE03 BF07 CC09 CC13 CC15 CC18 CC19 DA25 DA27 DA30

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子を含む内部回路と、 前記内部回路の端子である入出力パッドと、 前記内部回路と前記入出力パッドとを接続する導入線に
接続され、前記導入線に印加される電気信号に対応した
電気信号を第1および第2の端子から出力する分岐回路
と、 前記第1の端子と第2の端子との間に配置されたMOS
トランジスタによって構成されるクランプ回路とを備
え、 前記第1の端子の側から伝わってくる電気信号の電圧
と、前記第2の端子の側から伝わってくる電気信号の電
圧との差の絶対値が前記MOSトランジスタの閾値電圧
未満の場合、前記第1の端子の側と前記第2の端子の側
との導通を遮断し、前記電圧の差の絶対値が前記閾値電
圧以上になったとき前記導通を実現し、前記内部回路に
かかる電圧が前記所定値を超えないようにクランプす
る、半導体装置。
1. An internal circuit including a semiconductor element, an input / output pad serving as a terminal of the internal circuit, and a lead connected between the internal circuit and the input / output pad, and applied to the lead. A branch circuit for outputting an electric signal corresponding to the electric signal from the first and second terminals, and a MOS disposed between the first terminal and the second terminal
A clamp circuit constituted by a transistor, wherein the absolute value of the difference between the voltage of the electric signal transmitted from the first terminal and the voltage of the electric signal transmitted from the second terminal is When the voltage is lower than the threshold voltage of the MOS transistor, the conduction between the first terminal side and the second terminal side is cut off, and when the absolute value of the voltage difference becomes equal to or higher than the threshold voltage, the conduction is stopped. And a semiconductor device for clamping the voltage applied to the internal circuit so as not to exceed the predetermined value.
【請求項2】 前記MOSトランジスタがnチャネル型
MOSトランジスタからなり、前記nチャネル型MOS
トランジスタのドレインには前記第1の端子が、またソ
ースには第2の端子がそれぞれ接続され、前記nチャネ
ル型MOSトランジスタのゲートとドレインとが接続さ
れ、前記nチャネル型MOSトランジスタのp導電型ウ
ェルとソースとが接続されている、請求項1に記載の半
導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said MOS transistor comprises an n-channel MOS transistor.
The first terminal is connected to the drain of the transistor, the second terminal is connected to the source, and the gate and drain of the n-channel MOS transistor are connected to each other. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the well and the source are connected.
【請求項3】 前記MOSトランジスタがpチャネル型
MOSトランジスタからなり、前記pチャネル型MOS
トランジスタのドレインには前記第1の端子が、またソ
ースには第2の端子がそれぞれ接続され、前記pチャネ
ル型MOSトランジスタのゲートとソースとが接続さ
れ、前記pチャネル型MOSトランジスタのn導電型ウ
ェルとドレインとが接続されている、請求項1に記載の
半導体装置。
3. The p-channel MOS transistor, wherein the MOS transistor comprises a p-channel MOS transistor.
The first terminal is connected to the drain of the transistor, the second terminal is connected to the source, and the gate and the source of the p-channel MOS transistor are connected to each other. The semiconductor device according to claim 1, wherein the well and the drain are connected.
【請求項4】 前記nチャネル型MOSトランジスタの
閾値電圧が、前記分岐回路の第1の端子と外部電源とを
接続する外部電源線に通常動作において加えられている
電圧よりも高い、請求項2に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein a threshold voltage of the n-channel MOS transistor is higher than a voltage applied in a normal operation to an external power supply line connecting a first terminal of the branch circuit to an external power supply. 3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 前記pチャネル型MOSトランジスタの
閾値電圧の絶対値が、前記分岐回路の第1の端子と外部
電源とを接続する外部電源線に通常動作において加えら
れている電圧よりも高い、請求項3に記載の半導体装
置。
5. An absolute value of a threshold voltage of the p-channel MOS transistor is higher than a voltage applied in an ordinary operation to an external power supply line connecting a first terminal of the branch circuit to an external power supply. The semiconductor device according to claim 3.
【請求項6】 前記nチャネル型MOSトランジスタの
ゲートがp導電型半導体から構成されている、請求項2
または4に記載の半導体装置。
6. The gate of the n-channel MOS transistor is made of a p-type semiconductor.
Or the semiconductor device according to 4.
【請求項7】 前記pチャネル型MOSトランジスタの
ゲートがn導電型半導体から構成されている、請求項3
または5に記載の半導体装置。
7. The p-channel MOS transistor according to claim 3, wherein a gate of the p-channel MOS transistor is made of an n-type semiconductor.
Or the semiconductor device according to 5.
【請求項8】 前記分岐回路は、前記導入線にともに接
続されたpチャネル型MOSトランジスタとnチャネル
型MOSトランジスタとから構成され、前記pチャネル
型MOSトランジスタは、ソースおよびドレインのうち
のいずれか一方を前記導入線と接続させ、他方をゲート
とn導電型ウェルと前記第1の端子とに接続させ、前記
nチャネル型MOSトランジスタは、ソースおよびドレ
インのうちのいずれか一方を前記導入線と接続させ、他
方をゲートとp導電型ウェルと前記第2の端子とに接続
させたものである、請求項1〜7のいずれかに記載の半
導体装置。
8. The branch circuit includes a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor connected together to the lead-in line, wherein the p-channel MOS transistor is one of a source and a drain. One is connected to the introduction line, the other is connected to the gate, the n-conductivity type well, and the first terminal, and the n-channel MOS transistor has one of a source and a drain connected to the introduction line. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is connected to the gate, the p-type well and the second terminal.
【請求項9】 pチャネル型MOSトランジスタおよび
nチャネル型MOSトランジスタのゲート幅が、とも
に、前記クランプ回路を構成するMOSトランジスタの
ゲート幅より小さい、請求項8に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the gate width of each of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor is smaller than the gate width of the MOS transistor forming the clamp circuit.
【請求項10】 前記分岐回路は、前記導入線にともに
接続され、前記第2の端子から第1の端子へと順方向に
なるように配置された2つのpn接合ダイオードであ
る、請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置。
10. The branch circuit according to claim 1, wherein said branch circuit is two pn junction diodes connected to said lead-in line and arranged in a forward direction from said second terminal to said first terminal. 8. The semiconductor device according to any one of claims 7 to 7.
【請求項11】 前記内部回路がシリコンMOSFET
(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transisto
r)を含む回路である、請求項1〜10のいずれかに記載
の半導体装置。
11. The internal circuit is a silicon MOSFET.
(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transisto
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a circuit including r).
【請求項12】 前記クランプ回路を構成するnチャネ
ル型MOSトランジスタのチャネル部におけるp導電型
不純物濃度の値が、前記内部回路に含まれるMOSトラ
ンジスタのチャネル部の不純物濃度の値よりも高い、請
求項11に記載の半導体装置。
12. A p-type impurity concentration value in a channel portion of an n-channel MOS transistor included in the clamp circuit is higher than an impurity concentration value in a channel portion of a MOS transistor included in the internal circuit. Item 12. The semiconductor device according to item 11.
【請求項13】 前記クランプ回路を構成するpチャネ
ル型MOSトランジスタのチャネル部におけるn導電型
不純物濃度が、前記内部回路に含まれるMOSトランジ
スタのチャネル部の不純物濃度の値よりも高い、請求項
11に記載の半導体装置。
13. The n-type impurity concentration in a channel portion of a p-channel type MOS transistor constituting the clamp circuit is higher than a value of an impurity concentration in a channel portion of a MOS transistor included in the internal circuit. 3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項14】 前記クランプ回路を構成するMOSト
ランジスタのゲート絶縁膜の厚さが、前記内部回路に含
まれるシリコンMOSトランジスタのうちの少なくとも
1つのシリコンMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚
さよりも厚い、請求項11に記載の半導体装置。
14. The gate insulating film of a MOS transistor constituting the clamp circuit is thicker than the gate insulating film of at least one of the silicon MOS transistors included in the internal circuit. The semiconductor device according to claim 11.
【請求項15】 前記内部回路が高周波用の回路であ
る、請求項1〜14のいずれかに記載の半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 1, wherein said internal circuit is a high-frequency circuit.
【請求項16】 前記分岐回路、前記クランプ回路およ
び前記内部回路が、同一シリコン基板上に形成されてい
る、請求項1〜15のいずれかに記載の半導体装置。
16. The semiconductor device according to claim 1, wherein said branch circuit, said clamp circuit, and said internal circuit are formed on a same silicon substrate.
【請求項17】 第1導電型および第2導電型のMOS
トランジスタを含む分岐回路と、第1導電型のMOSト
ランジスタからなるクランプ回路とを有する保護回路を
備えた高周波用の半導体装置の製造方法であって、 シリコン基板に、前記分岐回路の第1導電型および第2
導電型のMOSトランジスタのウェル、ならびにクラン
プ回路を構成する第1導電型のMOSトランジスタのウ
ェルを、それぞれの導電型の不純物を注入して形成する
工程と、 前記クランプ回路の第1導電型MOSトランジスタのウ
ェルの表層部のチャネル部に第1導電型不純物をさらに
追加して注入する工程とを備える、半導体装置の製造方
法。
17. A MOS of a first conductivity type and a second conductivity type.
A method for manufacturing a high-frequency semiconductor device, comprising: a protection circuit having a branch circuit including a transistor and a clamp circuit including a MOS transistor of a first conductivity type, wherein a first conductivity type of the branch circuit is provided on a silicon substrate. And the second
Forming a well of a conductive type MOS transistor and a well of a first conductive type MOS transistor forming a clamp circuit by injecting impurities of respective conductive types; and a first conductive type MOS transistor of the clamp circuit. And further implanting a first conductivity type impurity into the channel portion of the surface layer portion of the well.
【請求項18】 第1導電型および第2導電型のMOS
トランジスタを含む分岐回路と、第1導電型のMOSト
ランジスタからなるクランプ回路とを有する保護回路を
備えた高周波用の半導体装置の製造方法であって、 前記クランプ回路の第1導電型MOSトランジスタのゲ
ートおよび前記分岐回路の第2導電型MOSトランジス
タを覆う第1レジストパターンを配置して、前記クラン
プ回路の第1導電型MOSトランジスタのソース、ドレ
インおよび前記分岐回路の第1導電型MOSトランジス
タに第1導電型不純物を注入する工程と、 前記クランプ回路の第1導電型MOSトランジスタのソ
ース、ドレインおよび前記分岐回路の第1導電型MOS
トランジスタを覆う第2レジストパターンを配置して、
前記クランプ回路の第1導電型MOSトランジスタのゲ
ートおよび前記第2導電型のMOSトランジスタに第2
導電型不純物を注入する工程とを備える、半導体装置の
製造方法。
18. A MOS of a first conductivity type and a second conductivity type.
A method for manufacturing a high-frequency semiconductor device including a protection circuit having a branch circuit including a transistor and a clamp circuit including a first conductivity type MOS transistor, wherein a gate of a first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit is provided. And a first resist pattern covering the second conductivity type MOS transistor of the branch circuit is disposed, and a first resist pattern is provided on the source and drain of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit and the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit. A step of implanting a conductive impurity; a source and a drain of a first conductive MOS transistor of the clamp circuit; and a first conductive MOS of the branch circuit.
Arranging a second resist pattern covering the transistor,
The gate of the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit and the second conductivity type MOS transistor
Implanting a conductive impurity.
【請求項19】 前記第1レジストパターンの配置にお
いて、前記分岐回路の第1導電型MOSトランジスタの
みを覆う簡易レジストパターンを配置し、前記第1導電
型不純物注入工程では、前記簡易レジストパターンを用
いて、前記第2導電型不純物注入工程で注入したドーズ
量より少ないドーズ量の第1導電型不純物を注入する、
請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
19. A method of disposing a first resist pattern, wherein a simple resist pattern covering only a first conductivity type MOS transistor of the branch circuit is disposed, and the simple resist pattern is used in the first conductivity type impurity implantation step. Implanting a first conductivity type impurity with a dose smaller than the dose implanted in the second conductivity type impurity implantation step;
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18.
【請求項20】 第1導電型および第2導電型のMOS
トランジスタを含む分岐回路と、第1導電型MOSトラ
ンジスタからなるクランプ回路とを有する保護回路を備
えた高周波用の半導体装置の製造方法であって、 前記分岐回路の第1導電型および第2導電型のMOSト
ランジスタの領域ならびに前記クランプ回路の第1導電
型のMOSトランジスタの領域を覆うゲート層の上に前
記分岐回路の第1導電型MOSトランジスタを覆うレジ
ストパターンを配置して、第2導電型不純物を注入する
工程と、 前記ゲート層をパターニングして前記分岐回路の第1導
電型および第2導電型のMOSトランジスタならびに前
記クランプ回路の第1導電型MOSトランジスタのゲー
ト電極を形成する工程と、 前記第2導電型のMOSトランジスタおよび前記クラン
プ回路の第1導電型MOSトランジスタのゲートを覆う
レジストパターンを配置して、前記クランプ回路の第1
導電型MOSトランジスタのソース、ドレインおよび前
記分岐回路の第1導電型MOSトランジスタに第1導電
型不純物を注入する工程とを備える、半導体装置の製造
方法。
20. MOS of a first conductivity type and a second conductivity type
A method for manufacturing a high-frequency semiconductor device including a protection circuit having a branch circuit including a transistor and a clamp circuit including a first conductivity type MOS transistor, wherein a first conductivity type and a second conductivity type of the branch circuit are provided. A resist pattern covering the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit is disposed on a gate layer covering the MOS transistor region of the first conductivity type and the first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit; Implanting; and patterning the gate layer to form a first conductivity type and a second conductivity type MOS transistor of the branch circuit and a gate electrode of a first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit; A second conductivity type MOS transistor and a first conductivity type MOS transistor of the clamp circuit; By placing a resist pattern covering over preparative, first the clamp circuit
Implanting a first conductivity type impurity into the source and drain of the conductivity type MOS transistor and the first conductivity type MOS transistor of the branch circuit.
JP2001106939A 2001-04-05 2001-04-05 Semiconductor device and its manufacturing method Withdrawn JP2002305254A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001106939A JP2002305254A (en) 2001-04-05 2001-04-05 Semiconductor device and its manufacturing method
US09/946,492 US6600198B2 (en) 2001-04-05 2001-09-06 Electrostatic discharge protection circuit for a semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001106939A JP2002305254A (en) 2001-04-05 2001-04-05 Semiconductor device and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002305254A true JP2002305254A (en) 2002-10-18

Family

ID=18959356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001106939A Withdrawn JP2002305254A (en) 2001-04-05 2001-04-05 Semiconductor device and its manufacturing method

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6600198B2 (en)
JP (1) JP2002305254A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100713935B1 (en) 2006-04-14 2007-05-07 주식회사 하이닉스반도체 Electrostatic discharge protection circuit and electrostatic discharge protection method of semiconductor memory device
JP2007310338A (en) * 2006-05-18 2007-11-29 Genta Kagi Kogyo Kofun Yugenkoshi Active matrix device
JP2009295855A (en) * 2008-06-06 2009-12-17 Renesas Technology Corp Integrated circuit
US9977299B2 (en) 2013-10-11 2018-05-22 Seiko Epson Corporation Static electricity protection circuit, electro-optical apparatus, and electronic equipment

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1591860A (en) * 2003-09-01 2005-03-09 上海宏力半导体制造有限公司 Method for mfg. electrostatic discharge protector by deep amicron process
US7101748B2 (en) * 2004-02-26 2006-09-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method of integrating the formation of a shallow junction N channel device with the formation of P channel, ESD and input/output devices
JP2006019511A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US7242561B2 (en) * 2005-01-12 2007-07-10 Silicon Integrated System Corp. ESD protection unit with ability to enhance trigger-on speed of low voltage triggered PNP
KR100612945B1 (en) * 2005-03-31 2006-08-14 주식회사 하이닉스반도체 Electrostatic discharging input protection circuit
JP4839976B2 (en) * 2005-10-11 2011-12-21 セイコーエプソン株式会社 Integrated circuit device and electronic apparatus
US20070262305A1 (en) * 2006-05-10 2007-11-15 Adkisson James W Integrated circuit protection from esd damage during fabrication
US20070262395A1 (en) 2006-05-11 2007-11-15 Gibbons Jasper S Memory cell access devices and methods of making the same
US8008144B2 (en) 2006-05-11 2011-08-30 Micron Technology, Inc. Dual work function recessed access device and methods of forming
US8860174B2 (en) * 2006-05-11 2014-10-14 Micron Technology, Inc. Recessed antifuse structures and methods of making the same
US7613003B2 (en) * 2007-12-07 2009-11-03 Lear Corporation Electrical connector
US7824986B2 (en) 2008-11-05 2010-11-02 Micron Technology, Inc. Methods of forming a plurality of transistor gates, and methods of forming a plurality of transistor gates having at least two different work functions
JP5546191B2 (en) * 2009-09-25 2014-07-09 セイコーインスツル株式会社 Semiconductor device
JP2012253241A (en) * 2011-06-03 2012-12-20 Sony Corp Semiconductor integrated circuit and manufacturing method of the same

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2503718B2 (en) * 1990-04-13 1996-06-05 ダイキン工業株式会社 Control device
US5301084A (en) * 1991-08-21 1994-04-05 National Semiconductor Corporation Electrostatic discharge protection for CMOS integrated circuits
US5255146A (en) * 1991-08-29 1993-10-19 National Semiconductor Corporation Electrostatic discharge detection and clamp control circuit
US5287241A (en) * 1992-02-04 1994-02-15 Cirrus Logic, Inc. Shunt circuit for electrostatic discharge protection
US5272097A (en) * 1992-04-07 1993-12-21 Philip Shiota Method for fabricating diodes for electrostatic discharge protection and voltage references
JP2958202B2 (en) * 1992-12-01 1999-10-06 シャープ株式会社 Semiconductor device
US5610790A (en) * 1995-01-20 1997-03-11 Xilinx, Inc. Method and structure for providing ESD protection for silicon on insulator integrated circuits
US5912494A (en) * 1996-04-02 1999-06-15 Winbond Electronics Corporation Internal ESD protection structure with contact diffusion
US5811857A (en) * 1996-10-22 1998-09-22 International Business Machines Corporation Silicon-on-insulator body-coupled gated diode for electrostatic discharge (ESD) and analog applications
GB2334633B (en) * 1998-02-21 2002-09-25 Mitel Corp Low leakage electrostatic discharge protection system
US6329692B1 (en) * 1998-11-30 2001-12-11 Motorola Inc. Circuit and method for reducing parasitic bipolar effects during eletrostatic discharges
US6323522B1 (en) * 1999-01-08 2001-11-27 International Business Machines Corporation Silicon on insulator thick oxide structure and process of manufacture
US6437407B1 (en) * 2000-11-07 2002-08-20 Industrial Technology Research Institute Charged device model electrostatic discharge protection for integrated circuits

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100713935B1 (en) 2006-04-14 2007-05-07 주식회사 하이닉스반도체 Electrostatic discharge protection circuit and electrostatic discharge protection method of semiconductor memory device
US7616415B2 (en) 2006-04-14 2009-11-10 Hynix Semiconductor Inc. Electrostatic discharge protection circuit and electrostatic discharge protection method of a semiconductor memory device
JP2007310338A (en) * 2006-05-18 2007-11-29 Genta Kagi Kogyo Kofun Yugenkoshi Active matrix device
JP2009295855A (en) * 2008-06-06 2009-12-17 Renesas Technology Corp Integrated circuit
US9977299B2 (en) 2013-10-11 2018-05-22 Seiko Epson Corporation Static electricity protection circuit, electro-optical apparatus, and electronic equipment

Also Published As

Publication number Publication date
US20020146878A1 (en) 2002-10-10
US6600198B2 (en) 2003-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6444511B1 (en) CMOS output circuit with enhanced ESD protection using drain side implantation
US6909149B2 (en) Low voltage silicon controlled rectifier (SCR) for electrostatic discharge (ESD) protection of silicon-on-insulator technologies
KR100325553B1 (en) Electrostatic discharge protection device for semiconductor integrated circuit, method for producing the same, and electrostatic discharge protection circuit using the same
JP2815561B2 (en) CMOS electrostatic discharge protection circuit using low voltage triggered silicon controlled rectifier
US20070040222A1 (en) Method and apparatus for improved ESD performance
US20050212051A1 (en) Low voltage silicon controlled rectifier (SCR) for electrostatic discharge (ESD) protection of silicon-on-insulator technologies
EP1355355A2 (en) Protection circuit section for semiconductor circuit system
US7394132B2 (en) Apparatus and methods for integrated circuit with devices with body contact and devices with electrostatic discharge protection
JP2002305254A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US7195958B1 (en) Methods of fabricating ESD protection structures
US6844596B2 (en) Si-MOS high-frequency semiconductor device
US20120061761A1 (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method for semiconductor integrated circuit devices
US20060125054A1 (en) Electrostatic discharge protection circuit using zener triggered silicon controlled rectifier
US7342281B2 (en) Electrostatic discharge protection circuit using triple welled silicon controlled rectifier
JP2872585B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JPH1070266A (en) Semiconductor device and fabrication thereof
JP2004207398A (en) Static electricity protective element and semiconductor device
US7190563B2 (en) Electrostatic discharge protection in a semiconductor device
JP3537035B2 (en) Silicon-on-insulator network
JP2003133434A (en) Semiconductor integrated circuit
CN107293537B (en) Electrostatic discharge protection device, memory element and electrostatic discharge protection method
US6469351B1 (en) Electrostatic breakdown prevention circuit for semiconductor device
US6757148B2 (en) Electro-static discharge protection device for integrated circuit inputs
KR100591125B1 (en) Gate Grounded NMOS Transistor for protection against the electrostatic discharge
KR100289838B1 (en) Semiconductor device including electrostatic discharge circuit and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080701